Spin-triplet superconductivity on Uranium-based compounds

铀基化合物的自旋三重态超导

• 批准号: 20H00130
• 负责人: 石田 憲二
• 金额: $ 28.7万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00130/
• 关键词: ウラン化合物超伝導体; スピン三重項超伝導体; 核磁気共鳴実験; 低温物性; スピン三重項超伝導; ウラン化合物超伝導; 核磁気共鳴; スピン磁化率; 強相関電子系; 金属物性; 物性実験; 超伝導材料・素子

2018年11月に超伝導が発見されたUTe2(ウラン・テルル２)は、発見当初超伝導転移温度はTc ~ 1.6 Kであったが、近年ウラン欠損を含まない純良単結晶の育成に成功し転移温度は2.1Kまで上昇した。超伝導は磁場に対してとても強固で結晶のb軸に16テスラ以上の磁場を印加すると転移温度が上昇し超伝導は35Tまで観測される。さらにb軸からc軸に30度傾けると、40Tから超伝導は現れはじめ60Tまで生き残るという驚くべき振舞いを示す。これらの結果はUTe2ではスピン三重項超伝導が実現していることを示している。このスピン三重項超伝導ではスピン自由度が残っており、スピンは外部磁場と同じ方向をとることにより、高い磁場まで超伝導は生き残ると予想される。しかし、このスピン三重項超伝導は非常に稀であり、現在までその物性は理解されているとはいいがたい。また圧力下でも興味深い振舞いが見られ、静水圧下では0.3GPaを境に超伝導転移温度は上昇し、1.2 GPaで超伝導は3Kを示す。さらに、転移温度の上昇が見られた圧力領域では超伝導相内で新たな転移が見られ、異なる超伝導状態が実現する「超伝導多重相」の振舞いが報告された。しかし超伝導多重相の各相の性質は未だ不明である。我々は、上記の興味深い振舞いを示すUTe2に絞り、微視的な測定であるTe―NMRを行い、超伝導状態のスピン磁化率と関係するTe-NMRのナイトシフト測定から、①UTe2におけるスピン三重項超伝導の同定、②b軸磁場下および加圧下で見られた超伝導多重相の理解を行ってきている。さらに動的な磁気性質に関係する核スピン格子緩和率1/T1の測定から③スピン・軌道の自由度を持った超伝導対に由来する集団励起の検出、④超伝導の発現機構の解明、などを行い、「スピン三重項超伝導に起因した新奇現象の発見と理解」を目指した研究を行ってきている。

UTe2（铀碲2），其超导性于2018年11月被发现，发现时的超导转变温度为Tc~1.6 K，但近年来已成功生长成无铀缺陷的纯单晶。转变温度提高至2.1K。超导性对磁场的抵抗力非常强，当对晶体的b轴施加16特斯拉或更高的磁场时，转变温度会升高，并且可以观察到超导性高达35T。此外，当从 b 轴到 c 轴倾斜 30 度时，超导性在 40T 时开始出现，并持续到 60T，表现出令人惊讶的行为。这些结果表明UTe2实现了自旋三重态超导。在这种自旋三重态超导中，存在剩余的自旋自由度，并且自旋的方向与外部磁场相同，因此超导有望在高磁场下生存。然而，这种自旋三重态超导性极为罕见，其物理性质仍然知之甚少。在压力下也观察到了有趣的行为；在静水压力下，超导转变温度在 0.3 GPa 后升高，超导率在 1.2 GPa 时达到 3 K。此外，在转变温度升高的压力区域中，在超导相内观察到新的转变，并且报告了实现不同超导状态的“超导多相”行为。然而，超导多相中各相的性质仍然未知。我们关注表现出上述有趣行为的UTe2，并进行了Te-NMR的显微测量，从与超导态自旋磁化率相关的Te-NMR的夜移测量中，我们发现（ 1) UTe2 中的自旋三重态；我们一直在识别超导性并 (2) 了解在 b 轴磁场和压力下观察到的超导多相。此外，通过测量与动态磁特性相关的核自旋晶格弛豫率1/T1，（3）检测源自具有自旋轨道自由度的超导对的集体激发，（4）阐明超导机制，我们正在进行旨在“发现和理解由自旋三重态超导引起的新现象”的研究。

项目成果

Origin of the 30 T transition in CeRhIn5 in tilted magnetic fields

• DOI: 10.1103/physrevb.103.165124
• 发表时间: 2021-04
• 作者: S. Mishra;D. Gorbunov;D. Campbell;D. Leboeuf;J. Hornung;J. Klotz;S. Zherlitsyn;H. Harima;J. Wosnitza;D. Aoki;A. McCollam;I. Sheikin

Thermodynamic signatures of short-range magnetic correlations in UTe2

• DOI: 10.1103/physrevb.104.205107
• 发表时间: 2021-07
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: K. Willa;F. Hardy;D. Aoki;Dexin Li;P. Wiecki;G. Lapertot;C. Meingast

Nature of field-induced antiferromagnetic order in Zn-doped CeCoIn5 and its connection to quantum criticality in the pure compound

• DOI: 10.1103/physrevb.105.054515
• 发表时间: 2022-02
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: M. Yokoyama;Y. Honma;Y. Oshima;Rahmanto;Kohei Suzuki;K. Tenya;Y. Shimizu;D. Aoki;A. Matsuo;K. Kindo;S. Nakamura;Y. Kono;S. Kittaka;T. Sakakibara

Quasi-one-dimensional magnetic interactions and conduction electrons in EuCu5 and EuAu5 with the characteristic hexagonal structure

具有特征六方结构的 EuCu5 和 EuAu5 中的准一维磁相互作用和传导电子

• DOI: 10.1080/14786435.2019.1708498
• 发表时间: 2020
• 期刊: Philosophical Magazine
• 影响因子: 1.6
• 作者: Matsuda S.;Ota J.;Nakaima K.;Iha W.;Gouchi J.;Uwatoko Y.;Nakashima M.;Amako Y.;Honda F.;Aoki D.;Nakamura A.;Takeuchi T.;Haga Y.;Harima H.;Hedo M.;Nakama T.;Onuki Y.
• 通讯作者: Onuki Y.

Reentrant superconductivity and multiple superconducting phases in UTe2

UTe2 中的重入超导性和多个超导相

• 发表时间: 2020
• 作者: Dai Aoki;Dai Aoki
• 通讯作者: Dai Aoki