Sr2RuO4の超伝導上部臨界磁場角度依存性
Sr2RuO4はその超伝導の発見から約15年が経った今でも世界中で活発な研究が行われ、 現在ではスピン三重項超伝導体であることが確実視されている。 その一方で、いくつかの未解決問題も残されている。 その1つに、磁場をab面方向に印加した際に 超伝導上部臨界磁場Hc2の上昇が低温で強く抑制される現象が挙げられる。 このHc2の抑制はスピン一重項超伝導体でしばしば観測される 常磁性対破壊効果によるパウリリミットと良く似ているが、 ナイトシフトの実験結果は常磁性対破壊効果が起きないこと（磁場方向に偏極できるスピン三重項対であること）を支持しており、 その起源は未解明のままである。 似たようなHc2の抑制は他のスピン三重項超伝導体UPt3でも観測されており、 UPt3においてもHc2の抑制の起源は明らかになっていない。 起源は異なるかもしれないが、スピン三重項超伝導が有力視されている2つの超伝導体で 共通に観測されるHc2抑制の起源は解決すべき重要な問題である。
我々はSr2RuO4でHc2の抑制が起きる条件を明確にするため、 交流磁化率をプローブとしてHc2の温度・磁場強度・磁場方位依存性を調べた。 Sr2RuO4のHc2は異方性が大きく、 僅かな磁場のズレが大きな誤差を生むため、 磁場方向を3次元的に精密制御できるベクトルマグネットを用いて、 0.1度以内の精度で磁場方向を結晶軸に合わせて正確に実験を行った。 その結果、以下のような特徴的振る舞いを見出した。
- ab面と磁場方向の間の角度が5度以内のときにHc2が顕著に抑制される（図1(a)）。 その抑制は低温だけでなくTc近傍から起きている（図1(b)）。
図1 : (a) 様々な磁場方向の下での温度磁場相図と(b) その傾きの温度変化。
各曲線は、Tc近傍の傾きで規格化している。 通常の軌道効果による対破壊機構では、Tc近傍で Hc2が温度に対して傾き一定で変化し、低温でその傾きが抑制されることが期待されるが、 磁場方向がab面近傍5度以内になると、期待される振る舞いからの顕著な抑制が観測される。
各曲線は、Tc近傍の傾きで規格化している。 通常の軌道効果による対破壊機構では、Tc近傍で Hc2が温度に対して傾き一定で変化し、低温でその傾きが抑制されることが期待されるが、 磁場方向がab面近傍5度以内になると、期待される振る舞いからの顕著な抑制が観測される。
- どの温度においてもHc2の角度依存性は3次元異方的質量モデルで良く再現できる（図2）。 ab面から2度以内という非常に狭い範囲で3次元異方的質量モデルからの僅かな逸脱が起きているが、 その逸脱は低温になるほど小さくなる。
図2 : Sr2RuO4のHc2の角度依存性。
各曲線はc軸方向のHc2で規格化している。 実線は3次元異方的質量モデルのフィッティング結果。
各曲線はc軸方向のHc2で規格化している。 実線は3次元異方的質量モデルのフィッティング結果。
これらの特徴的振る舞いは、Hc2抑制の起源解明に向け新たな糸口となり得る重要な性質である。
この結果はPhysical Review B誌に掲載された。
論文情報
Phys. Rev. B
80
174514
Nov.
2009