UCoGeの超伝導発現機構を解明

通常の超伝導体では、電子-格子相互作用(量子化された格子振動により電子間引力)により超伝導は引き起こされます。しかし、銅酸化物高温超伝導体の発見以降、電子-格子相互作用以外による超伝導発現機構の存在は広く認識されるようになりました。

そのような中2000年にウラン化合物強磁性超伝導体が発見され大いに注目を集めました。その中でもURhGeとUCoGeでは常圧下で強磁性状態のもと超伝導転移を起こし、強磁性状態が抑制される磁場領域で超伝導が増強する振る舞いが観測され、強磁性磁気ゆらぎ(強磁性状態に秩序する前に見られる磁気的性質の時間・空間的な変動)と超伝導の関係が示されていました。今回、我々はUCoGeに絞り、強磁性ゆらぎが外部磁場に対して敏感に応答する性質に注目し、強磁性ゆらぎを反映した物理量の核スピン-格子緩和率(1/T1)と超伝導転移温度の磁場変化を詳細に調べました。その結果、今回の結果だけでなく今まで我々が報告してきた実験結果は、理論研究から提案されている強磁性ゆらぎを引力とする超伝導の式で半定量的に理解できることがわかりました。このことは、UCoGeでは従来の超伝導機構とは異なる「強磁性磁気ゆらぎを発現機構とする超伝導」が理論・実験両面から示されたことになります。

 今回の研究成果は、強磁性超伝導体UCoGeの研究にとどまらず、広く磁気ゆらぎを発現機構とする超伝導研究において実験結果を定量的に理解する上で指針を与える結果と考えられます。




強磁性超伝導体UCoGeにおける[右] b軸方向の磁場(Hb)、[手前] c軸(磁化容易軸)方向の磁場(Hc)、[左] 静水圧(P )の変化における強磁性(FM)と超伝導(SC)の相図。各相図内のグラフは各物理変数を変化させたときの超伝導転移温度の変化の実験値(dTSC)と磁気ゆらぎと関係する1/T1Tと図にあるTSCの式を使って予想される超伝導転移温度の変化(赤)を示す。両者は良く対応していることがわかる。この結果は、超伝導転移温度の変化と磁気ゆらぎの変化はTSCの式で結びついていることを示している。

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論文情報

Ishida, K; Matsuzaki, S; Manago, M; Hattori, T; Kitagawa, S; Hirata, M; Sasaki, T; Aoki, D

Pairing interaction in superconducting UCoGe tunable by magnetic field Journal Article

In: Physical Review B, vol. 104, no. 14, pp. 144505, 2021.

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