【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】25610096 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子臨界現象 / 超伝導特性 / 準粒子励起 / 臨界磁場 / 反強磁性 / 渦糸物理 / 有効質量 / 磁場侵入長 / 低温物性測定 / 比熱 / 超伝導 / 上部臨界磁場 / ギャップ構造 / 鉄系超伝導 / 異方的超伝導 / 下部臨界磁場 / 量子ゆらぎ / 量子臨界点

【研究成果の概要】

絶対零度における相転移点である量子臨界点近傍では、金属の標準理論であるフェルミ液体論から逸脱した物性が観測され、しばしば非従来超伝導相が出現する。この超伝導と量子臨界揺らぎとの関連性を明らかにすることが重要な課題の一つである。我々は、鉄系超伝導体の微小純良単結晶試料での精密比熱測定により、量子臨界点近傍の超伝導状態における準粒子励起を調べた。その結果、超伝導転移における比熱の跳びから見積もられる有効質量が絶対零度における磁場侵入長と定量的に一致し発散的に増大すること、および渦糸コアのエネルギーが異常に増大することを見出した。これらは量子臨界性が超伝導相内部にも強い影響を及ぼしている証拠である。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2015-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】20224008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強相関系 / 重い電子 / 異方的超伝導 / 人工超格子 / 分子線エピタキシー / 量子臨界点 / 非フェルミ流体 / 重い電子系 / 強結合超伝導 / 隠れた秩序 / 磁気トルク / 鉄系超伝導体 / ネマティック状態 / 新奇超伝導 / 下部臨界磁場 / 反強磁性揺らぎ / 超伝導 / 有効質量 / MBE / 量子振動

【研究成果の概要】

本研究においては分子線エピタキシー法によりf電子からなる重い電子を2次元に閉じ込めることに成功した。そしてCeIn3/LaIn3超格子において量子臨界性の次元制御に初めて成功しただけでなくCeCoIn5/YbCoIn5超格子において2次元の重い電子を超伝導にすることにも成功した。2次元に閉じこめた重い電子の超伝導は極めて特異なものであることを発見した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2008 - 2012

【配分額】214,760千円 (直接経費: 165,200千円、間接経費: 49,560千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】17540314 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / 超流動 / 量子渦 / 不純物効果 / アンデレーエフ束縛状態 / 局所状態密度 / 量子効果 / 異方的超伝導 / 渦糸 / 電子状態 / 準古典理論 / 走査型トンネル分光 / アイレンバーガー方程式 / 準古典近似 / STM / 分数渦 / ピン止め

【研究成果の概要】

時間反転対称性をもつ超伝導渦における不純物効果を調べるために、不純物効果とギャップ方程式の両方を自己無撞着に数値的に解き、超伝導渦まわりのエネルギーギャップの空間依存性の温度変化を調べた。その結果、カイラルP波超伝導体における渦糸まわりでは不純物効果が効かず、渦半径の収縮効果(Kramer-Pesch効果)が極低温まで観測され得ることを理論的に示すことが出来た.これは参照のために行ったS波超伝導渦におけるKramer-Pesch効果が、不純物散乱のために低温ではぼやけてしまうのと対照的である。カイラルP波超伝導体はSr2RuO4で実現していると考えられる。またKramer-Pesch効果は、渦糸周りの電流分布をミューオンスピン緩和法で測定することによって観測され得る。本研究によって時間反転対称性をもつ超伝導渦の特異な性質のひとつが見出され、かつその実験的検証も提案されたことになる。
時間反転対称性をもつ渦糸に対する不純物散乱効果を調べる際の関連テーマとして超流動ボース系における散乱問題に取り組み、異常トンネル効果と呼ばれる低エネルギー粒子に対するトンネル効果を調べた。その結果トンネルバリアーの詳細によらず超流動凝縮体の上の励起粒子は、低エネルギー極限で完全透過することを示した。類似の現象は、バルクのS波超伝導体における非磁性不純物効果や本研究課題のテーマである時間反転対称性をもつ超伝導渦における不純物効果でも見られており、不純物に対する特異な現象は、時間反転対称性をもつ量子凝縮系に普遍的な現象であることが強く示唆される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】3,770千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 270千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】17204031 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / 対称性 / 重い電子系化合物 / 隠れた秩序 / 渦糸格子 / 準粒子 / 量子臨界点 / 強相関電子系 / パイロクロア / フェルミ流体 / マイクロ波 / 人工超格子 / 超伝導対称性 / 重い電子系 / 熱伝導 / 異方的超伝導 / ホール係数 / FFLO / 磁気抵抗

【研究成果の概要】

本年度はまず熱伝導による超伝導対称性の実験を行った。特に重い電子系化合物URu2Si2の超伝導対称性を希釈冷凍機温度までの低温で磁場中熱伝導度の測定により決定した。この系はいわゆる隠れた秩序相で超伝導が起こるが超伝導相はあまり研究されていなかった。我々はこの超伝導相が極めて特異なものでありカイラルd波の対称性を持つことを示した。さらに微小ホールプローブを用いた局所磁場測定や電気抵抗の精密測定により、この物質においては渦糸格子が融解することを示した。1K以下で渦糸格子が融解する現象はこれが初めてである。さらに渦糸格子状態で準粒子がブロッホ状態を形成することも発見した。また重い電子系超伝導体の人工超格子の作製を分子ビームエピタキシーにより行い、これまでにCeIn3とLaIn3を薄膜にエピタキシャル成長させることに成功している。またCeCoIn5の超伝導薄膜の作製にも成功しておりCe系のエピタキシャル薄膜は世界で初めての例である。さらに高温超伝導体T1:2201に対し超強磁場中での輸送現象の測定を行った。その結果上部臨界磁場を境に非フェルミ流体的挙動からフェルミ流体的挙動に移り変わる磁場に誘起された量子臨界点が存在することを発見した。重い電子系超伝導体においても類似した振る舞いが観測されており強相関電子系における普遍的な現象である可能性がある。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】42,120千円 (直接経費: 32,400千円、間接経費: 9,720千円)

【研究分野】固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)

【研究領域課題番号】12740203 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / 渦糸 / 電子状態 / アイレンバーガー方程式 / 異方的超伝導 / 銅酸化物 / ボロカーバイド / ピン止め / カイラルp波 / ルテニウム系 / 輸送現象

【研究成果の概要】

本研究では前年度に引き続き、超伝導渦糸状態における電子状態、不純物効果、電気伝導についての理論的、数値的研究を行った。また実験グループと超伝導渦糸状態に関する共同研究も行った。具体的な成果は以下のとおりである。
前年度、自己無撞着でないボルン近似で、渦糸に局在しているアンデレーフ束縛状態に対する不純物散乱率をS波、P波、D波の場合に計算し、特に、カイラルP波の場合,不純物散乱が渦糸内では起こらないことを見出した。
不純物効果に関する上述の結論の根拠をより確かなものにするために、本年度はアイレンバーガー方程式と自己無撞着なボルン近似の範囲内で準古典グリーン関数を数値的に求めた。そのスペクトル関数から不純物散乱率を求め、解析的近似法による結果と比較し、ボルン散乱体では前年度の結果とよく一致することを見出した(投稿中)。
D波を含む異方的超伝導体におけるピン止めエネルギーを準古典近似の範囲で数値的に調べ、等方的S波超伝導体におけるピン止めエネルギーとの定性的な違いを見出した。具体的には非S波超伝導体においては、空間的に一様な状態に存在する不純物が対破壊効果をもつことにより、ピン止めエネルギーはS波の場合に比べて、転移点近傍で10倍程度まで増強されることがわかった。
これは従来のギンツブルグランダウ理論の範囲でのピン止め理論では取り入れられなかった効果であり、点状欠陥によるピン止めが重要になる実験的状況で観測可能であるはずである(国際会議で発表)。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】700千円 (直接経費: 700千円)