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論文

Incommensurate antiferromagnetism in UTe$$_2$$ under pressure

Knafo, W.*; Thebault, T.*; Raymond, S.*; Manuel, P.*; Khalyavin, D. D.*; Orlandi, F.*; Ressouche, E.*; Beauvois, K.*; Lapertot, G.*; 金子 耕士; et al.

Physical Review X, 15(2), p.021075_1 - 021075_16, 2025/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevX.15.021075

The discovery of multiple superconducting phases in UTe$$_2$$ boosted research on correlated-electron physics. This heavy-fermion paramagnet was rapidly identified as a reference compound to study the interplay between magnetism and unconventional superconductivity with multiple degrees of freedom. The proximity to a ferromagnetic quantum phase transition was initially proposed as a driving force to triplet-pairing superconductivity. However, we find here that long-range incommensurate antiferromagnetic order is established under pressure. The propagation vector k$$_{rm m}$$ = (0.07, 0.33, 1) of the antiferromagnetic phase is close to a wavevector where antiferromagnetic fluctuations have previously been observed at ambient pressure. These elements support that UTe$$_2$$ is a nearly-antiferromagnet at ambient pressure. Our work appeals for theories modelling the evolution of the magnetic interactions and electronic properties, driving a correlated paramagnetic regime at ambient pressure to a long-range antiferromagnetic order under pressure. A deeper understanding of itinerant-f-electrons magnetism in UTe$$_2$$ will be a key for describing its unconventional superconducting phases.

論文

Longitudinal spin fluctuations driving field-reinforced superconductivity in UTe$$_2$$

徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; Opletal, P.; 常盤 欣文; 芳賀 芳範; 北川 俊作*; 石田 憲二*; 青木 大*; Knebel, G.*; et al.

Physical Review Letters, 131(22), p.226503_1 - 226503_7, 2023/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.226503
 被引用回数：11 パーセンタイル：85.32(Physics, Multidisciplinary)

Our measurements of $$^{125}$$Te NMR relaxations reveal an enhancement of electronic spin fluctuations above $$mu_0H^*sim15$$~T, leading to their divergence in the vicinity of the metamagnetic transition at $$mu_0H_mapprox35$$~T, below which field-reinforced superconductivity appears when a magnetic field ($$H$$) is applied along the crystallographic $$b$$ axis. The NMR data evidence that these fluctuations are dominantly longitudinal, providing a key to understanding the peculiar superconducting phase diagram in $$H|b$$, where such fluctuations enhance the pairing interactions.

論文

Feedback of superconductivity on the magnetic excitation spectrum of UTe$$_{2}$$

Raymond, S.*; Knafo, W.*; Knebel, G.*; 金子 耕士; Brison, J.-P.*; Flouquet, J.*; 青木 大*; Lapertot, G.*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(11), p.113706_1 - 113706_5, 2021/11

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.113706
 被引用回数：19 パーセンタイル：79.33(Physics, Multidisciplinary)

We investigate the spin dynamics in the superconducting phase of UTe$$_2$$ by triple-axis inelastic neutron scattering on a single crystal sample. At the wave-vector $$k_1$$ = (0, 0.57, 0), where the normal state antiferromagnetic correlations are peaked, a modification of the excitation spectrum is evidenced, on crossing the superconducting transition, with a reduction of the relaxation rate together with the development of an inelastic peak at $${Omega} approx$$ 1 meV. The low dimensional nature and the a-axis polarization of the fluctuations, that characterise the normal state, are essentially maintained below Tsc. The high ratio of $${Omega}$$ $$k_{rm B}$$$$T$$$$_{sc}$$ $$approx$$ 7.2 contrasts with the most common behaviour in heavy fermion superconductors.

論文

Low-dimensional antiferromagnetic fluctuations in the heavy-fermion paramagnetic ladder compound UTe$$_{2}$$

Knafo, W.*; Knebel, G.*; Steffens, P.*; 金子 耕士; Rosuel, A.*; Brison, J.-P.*; Flouquet, J.*; 青木 大*; Lapertot, G.*; Raymond, S.*

Physical Review B, 104(10), p.L100409_1 - L100409_6, 2021/09

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.L100409
 被引用回数：57 パーセンタイル：94.80(Materials Science, Multidisciplinary)

Inelastic-neutron-scattering measurements were performed on a single crystal of the heavy-fermion paramagnet UTe$$_{2}$$ above its superconducting temperature. We confirm the presence of antiferromagnetic fluctuations with the incommensurate wave-vector $${bf K}_{1}$$ = (0, 0.57, 0). A quasielastic signal is found, whose momentum-transfer dependence is compatible with fluctuations of magnetic moments $$mu$$ $$||$$ ${bf a}$, with a sine-wave modulation of wave-vector $${bf K}_{1}$$ and in-phase moments on the nearest U atoms. Low dimensionality of the magnetic fluctuations, consequence of the ladder structure, is indicated by weak correlations along the direction ${bf c}$. These results constitute constraints for models of magnetically-mediated superconductivity in UTe$$_{2}$$.

論文

$$T$$ dependence of nuclear spin-echo decay at low temperatures in YbRh$$_2$$Si$$_2$$

神戸 振作; 酒井 宏典; 徳永 陽; 服部 泰佑; Lapertot, G.*; 松田 達磨*; Knebel, G.*; Flouquet, J.*; Walstedt, R. E.*

Physical Review B, 95(19), p.195121_1 - 195121_8, 2017/05

AA2017-0083.pdf:0.74MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.195121
 被引用回数：3 パーセンタイル：15.36(Materials Science, Multidisciplinary)

YbRh$$_2$$Si$$_2$$の単結晶について、$$^{29}$$Si核スピンエコー振動と減衰を測定した。これらの量は、300Kから20Kまで温度依存がないが、温度依存が20K以下であることを示している。これらの振動と減衰は、最近傍Si核間のRuderman-Kittelおよび擬似双極子相互作用によるものである。したがって、フェルミ準位近傍の電子状態は、20K以下で変化していることが結論できる。低温におけるフェルミ面の可能な改変について議論する。

論文

$$^{29}$$Si NMR spin-echo decay in YbRh$$_2$$Si$$_2$$

神戸 振作; 酒井 宏典; 徳永 陽; 服部 泰佑; Lapertot, G.*; 松田 達磨*; Knebel, G.*; Flouquet, J.*; Walstedt, R. E.*

Journal of Physics; Conference Series, 683(1), p.012006_1 - 012006_7, 2016/02

BB2015-1546.pdf:0.87MB

https://doi.org/10.1088/1742-6596/683/1/012006
 被引用回数：1 パーセンタイル：53.13(Materials Science, Multidisciplinary)

単結晶試料YbRh$$_2$$Si$$_2$$の核磁気共鳴(NMR)のスピン-格子緩和時間($$T_1$$)の測定によって、量子臨界相転移の近傍の磁気励起を調べ、量子臨界相転移の近くではフェルミと非フェルミ状態の共存状態であることを明らかにした。このようなまだらな電子状態の起源を議論する。

論文

Anisotropic magnetic fluctuations in YbRh$$_2$$Si$$_2$$

神戸 振作; 酒井 宏典; 徳永 陽; Lapertot, G.*; 松田 達磨*; Knebel, G.*; Flouquet, J.*; Walstedt, R. E.*

Journal of Physics; Conference Series, 592(1), p.012085_1 - 012085_5, 2015/03

https://doi.org/10.1088/1742-6596/592/1/012085
 被引用回数：2 パーセンタイル：58.90(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

最近、強相関電子系金属システムにおけるT=0Kでの量子相転移(QCPT)に新たな興味がもたれている。初期の実験結果から近藤格子YbRh$$_2$$Si$$_2$$のQCPTは、Ce系での通常のスピン密度波(SDW)不安定とは異なる局所QCPTであると考えられている。本研究では、共存した静的なフェルミ液体(FL)および非フェルミ液体(NFL)状態がYbRh$$_2$$Si$$_2$$のQCPTの重要な特徴であることを明らかにした。そのような共存状態は、Ce系では短い時間スケールのため観測できなかったと考えられる。2相共存に関する新しいスケーリング則についても議論する。

論文

Degenerate Fermi and non-Fermi liquids near a quantum critical phase transition

神戸 振作; 酒井 宏典; 徳永 陽; Lapertot, G.*; 松田 達磨*; Knebel, G.*; Flouquet, J.*; Walstedt, R. E.*

Nature Physics, 10(11), p.840 - 844, 2014/11

https://doi.org/10.1038/nphys3101
 被引用回数：18 パーセンタイル：69.47(Physics, Multidisciplinary)

共存した静的なフェルミ液体および非フェルミ液体状態がYbRh$$_{2}$$Si$$_{2}$$の中の量子相転移の重要な特徴であることを解明した。単結晶サンプルの核磁気共鳴(NMR)スピン格子緩和時間測定し、フェルミの液体および非フェルミ液体状態の共存比が磁場により変化することを突き止めた。またこの比がもつスケール則も見いだした。

論文

Field-induced order in heavy-fermion compound YbCo$$_2$$Zn$$_{20}$$

金子 耕士; Raymond, S.*; Ressouche, E.*; Lapertot, G.*; 竹内 徹也*; 広瀬 雄介*; 本多 史憲*; 大貫 惇睦

JPS Conference Proceedings (Internet), 3, p.011061_1 - 011061_5, 2014/06

https://doi.org/10.7566/JPSCP.3.011061

YbCo$$_2$$Zn$$_{20}$$ has a heavy-fermion ground state with an enormously large Sommerfeld coefficient of 8 J/molK$$^2$$, and that is sensitive to external fields. Whereas pressure induces antiferromagnetic order, magnetic field induces metamagnetic transitions around 0.5 T, and new ordered state appears above 6 T for $$B{parallel}{langle}111{rangle}$$. In order to get insights into electronic states and its magnetic field response, neutron scattering experiments on single crystalline samples were carried. In a field-induced phase, magnetic reflections were successfully observed, which has a different propagation vector to that of pressure induced phase. Inelastic neutron scattering probes a crystal-field excitation at a low excitation energy which overlaps to quasielastic response. The results suggest degenerated energy scale, and that leads to variety of external response in YbCo$$_2$$Zn$$_{20}$$.

論文

Anisotropic energy scale for degenerate Fermi and non-Fermi liquids near a quantum critical phase transition in YbRh$$_2$$Si$$_2$$

神戸 振作; 酒井 宏典; 徳永 陽; Lapertot, G.*; 松田 達磨*; Knebel, G.*; Flouquet, J.*; Walstedt, R. E.*

Physical Review B, 91(16), p.161110_1 - 161110_5, 2014/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.91.161110
 被引用回数：3 パーセンタイル：13.79(Materials Science, Multidisciplinary)

単結晶YbRh$$_2$$Si$$_2$$の$$^{29}$$Si核スピン-格子緩和時間データに基づいて、量子臨界相転移周りのフェルミ液体と非フェルミ液体の共存状態は、印加磁場の方向に対して敏感であることが見出された。スケーリング解析により、異方的な特性温度と特性磁場は以前に得られた異方性相図と一致してH//a軸方向よりH//c軸方向が10倍大きいことがわかった。

論文

Magnetic polarization and Fermi surface instability; Case of YbRh$$_2$$Si$$_2$$

Pourret, A.*; Knebel, G.*; 松田 達磨; Lapertot, G.*; Flouquet, J.*

Journal of the Physical Society of Japan, 82(5), p.053704_1 - 053704_5, 2013/05

https://doi.org/10.7566/JPSJ.82.053704
 被引用回数：30 パーセンタイル：78.09(Physics, Multidisciplinary)

Thermoelectric and resistivity measurements in the antiferromagnetic heavy fermion compound YbRh$$_2$$Si$$_2$$ under high magnetic field are reported. At low temperature, the thermoelectric power and resistivity present distinct anomalies as a function of magnetic field. They are resulting from a Lifshitz-type topological transition of the Fermi surface.

論文

Observation of bulk band dispersions of YbRh$$_2$$Si$$_2$$ using soft X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy

保井 晃*; 斎藤 祐児; 藤森 伸一; 川崎 郁斗*; 岡根 哲夫; 竹田 幸治; Lapertot, G.*; Knebel, G.*; 松田 達磨*; 芳賀 芳範; et al.

Physical Review B, 87(7), p.075131_1 - 075131_6, 2013/02

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.075131
 被引用回数：6 パーセンタイル：27.72(Materials Science, Multidisciplinary)

YbRh$$_2$$Si$$_2$$に対して軟X線角度分解光電子分光(ARPES)測定を行い、その3次元バルク価電子帯構造を明らかにした。15 Kで測定したARPESスペクトルには、Yb$$ ^{3+}$$マルチプレットピークだけではなく、有限のYb$$ ^{2+}$$ピークを持っており、この化合物が価数揺動状態にあることに対応している。これは、$$T_{rm K}$$において、この化合物中のYbの4f電子が遍歴的な性質を持っていることを意味している。分散のないYb 4fバンド以外のバンド構造は、YbRh$$_2$$Si$$_2$$よりもむしろLuRh$$_2$$Si$$_2$$と一致していることが明らかとなった。さらに、Yb 3d-4f共鳴光電子分光スペクトルはYb 5d電子状態が価電子に存在していることを示唆している。これらの結果から、Yb 4fからYb 5d電子状態への電荷移動が重要であることが示唆される。

論文

Evidence for three fluctuation channels in the spin resonance of the unconventional superconductor CeCoIn$$_5$$

Raymond, S.*; 金子 耕士; Hiess, A.*; Steffens, P.*; Lapertot, G.*

Physical Review Letters, 109(23), p.237210_1 - 237210_5, 2012/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.237210
 被引用回数：21 パーセンタイル：70.52(Physics, Multidisciplinary)

Polarized inelastic neutron scattering under magnetic field is used to get a microscopic insight into the spin resonance of the heavy fermion superconductor CeCoIn$$_5$$. The resonance lineshape is found to depend on the neutron polarization: Some of the spectral weight is common to the two polarization channels while the remaining part is distributed equally between them. This is evidence for the spin resonance being a degenerate mode with three fluctuation channels: A Zeeman split contribution and an additional longitudinal mode.

論文

Huge upper critical field in the superconductor with non-centrosymmetric crystal structure CeCoGe$$_3$$

M$'e$asson, M.-A.*; 村中 大志*; 松田 達磨; 河井 友也*; 芳賀 芳範; Knebel, G.*; 青木 大*; Lapertot, G.*; 本多 史憲*; 摂待 力生*; et al.

Physica C, 470(Suppl.1), p.S536 - S538, 2010/12

https://doi.org/10.1016/j.physc.2009.11.013
 被引用回数：5 パーセンタイル：25.14(Physics, Applied)

We report the upper critical field, $$H_{c2}$$, of the non-centrosymmetric compound CeCoGe$$_3$$ by resistivity measurements under high pressure of 7.1 GPa, for $$H$$ along $$c$$ and $$a$$ axis, and for a magnetic field up to 17T. $$H_{c2}$$ is very anisotropic, saturating at low temperature for $$H$$ along the $$a$$ axis and linear for $$H$$ along the $$c$$ axis. Very high $$H_{c2}$$($$T$$) is observed for $$H$$ along the $$c$$ axis, with a huge value of the slope d$$H$$$$_{c2}$$/d$$T$$ =-47 $$pm$$ 1.3 T/K, the highest ever reported if normalized to the superconducting temperature of 0.65 K. This is most probably related to a conjunction of a heavy fermionic state and the absence of the Pauli limitation. A fit of $$H_{c2}$$($$T$$) shows that the curves for a and $$c$$ axis can be reproduced with a moderate coupling Eliashberg theory.

論文

Magnetic and superconducting properties of CeTX$$_3$$ (T:transition metal and X:Si and Ge) with non-centrosymmetric crystal structure

河井 友也*; 村中 大志*; M$'e$asson, M.-A.*; 下田 哲哉*; 土井 裕介*; 松田 達磨; 芳賀 芳範; Knebel, G.*; Lapertot, G.*; 青木 大*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 77(6), p.064716_1 - 064716_9, 2008/06

https://doi.org/10.1143/JPSJ.77.064716
 被引用回数：69 パーセンタイル：89.14(Physics, Multidisciplinary)

反転中心を持たないセリウム化合物CeTX$$_3$$の単結晶による物性研究を行った。電気抵抗及び磁化の測定に加え、圧力効果を調べたところ、CeCoGe$$_3$$では5.4GPa以上の圧力で反強磁性が消失し、超伝導が発現することを明らかにした。

口頭

重い電子系化合物YbCo$$_2$$Zn$$_{20}$$で実現する新奇な磁場誘起秩序

金子 耕士; Raymond, S.*; Ressouche, E.*; 椎名 亮輔*; 竹内 徹也*; 広瀬 雄介*; 本多 史憲*; 大貫 惇睦; Lapertot, G.*

no journal, , 

同一結晶構造のもとで現れる多様な物性は、系統的な理解を可能にする、魅力的な研究対象である。スクッテルダイトに続き、新たに1-2-20で表される立方晶$$AT_2X_{20}$$において、超伝導や軌道秩序など多彩な物性の発現が明らかとなる中、Ybで構成される6つの化合物Yb$$T_2$$Zn$$_{20}$$ ($$T$$: Fe, Co, Ru, Rh, Os, Ir)は、全て重い電子状態を示す。中でもYbCo$$_2$$Zn$$_{20}$$は、電子比熱係数が8J/mol K$$^2$$を超える、極めて重い電子状態を基底に持つことから、常圧で既に臨界点近傍に位置していると考えられる。実際、加圧により反強磁性秩序が現れる他、磁場では約0.6Tの弱磁場でのメタ磁性転移や、急激な有効質量の減少に加え、$${langle}111{rangle}$$方向に印加した場合にのみ、新たな秩序状態の実現が見出された。今回、大型単結晶を用いた磁場中中性子回折実験により、圧力誘起相の秩序波数とは異なる位置に、特徴的な磁気応答が現れることを見出した。本発表では、観測されたパターンと共に、考えられる磁場誘起秩序相の秩序変数について報告する。

口頭

YbRh$$_2$$Si$$_2$$でのFermiと非Fermi液体状態

神戸 振作; 酒井 宏典; 徳永 陽; Lapertot, G.*; 松田 達磨*; Flouquet, J.*; Knebel, G.*; Walstedt, R. E.*

no journal, , 

最近、強相関電子系金属でのT=0Kの量子相転移(QCPT)に対する関心が強くなっている。初期の実験的な結果から、近藤格子系YbRh$$_2$$Si$$_2$$のQCPTは、Ce系で観察される普通のスピン密度波(SDW)不安定性でなく、新しい局所的QCPTと考えられている。ここで報告される新しい観察において、共存している静的フェルミ液体(FL)と非フェルミ液体(NFL)の共存がYbRh$$_2$$Si$$_2$$のQCPTの鍵となる特徴であることがわかった。そのような共存相はCe系の場合は、短い時間スケールのために隠されていると考えられる。共存層の相対比率に関して見いだされた新しいスケーリング則は、近藤格子システムに広く適用できると考えられる。

口頭

強磁場NMRによるUTe$$_2$$の磁気揺らぎと超伝導の研究

徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; Opletal, P.; 常盤 欣文; 芳賀 芳範; 松村 拓輝*; 北川 俊作*; 石田 憲二*; 青木 大*; et al.

no journal, , 

UTe$$_2$$は2018年末に超伝導が発見されて以来、その特異な性質のために大いに注目を集めている。我々は現在、このUTe$$_2$$において強磁場下の磁気揺らぎの特性を明らかにすべく、超純良単結晶を用いたNMR研究を進めている。今回、フランス国立強磁場研究所の36テスラ級水冷式マグネットを用いて、磁場を結晶のb軸方向に印加しながら、超伝導転移温度の直上で核磁気緩和率(1/T$$_1$$および1/T$$_2$$)の磁場依存性の測定を行った。講演ではその実験結果を報告し、超伝導を磁場で強化するメカニズムについて議論する。

口頭

単結晶YbRh$$_2$$Si$$_2$$のNMR

神戸 振作; 徳永 陽; 酒井 宏典; 松田 達磨; 芳賀 芳範; Lapertot, G.*; 青木 大*; Flouquet, J.*; Brison, J. P.*

no journal, , 

単結晶YbRh$$_2$$Si$$_2$$の$$^{29}$$Si-NMRを行った。NMR核である$$^{29}$$Si同位体を52%濃縮した高品質のYbRh$$_2$$Si$$_2$$を作成した。$$^{29}$$Si同位体の自然存在比は、4%程度なので、この濃縮により測定積算時間を100分の1程度に短縮できる。この単結晶試料を用いて、NMRスピン格子緩和時間T1測定を行った。この化合物では、H//c軸では0.66T、H//a軸では0.06Tで量子臨界点近傍になっていると推測されている。ここではまず低温でFermi液体になる7.2Tの磁場下で実験を行った。H//a軸の結果は石田らの結果を再現し6K以下でFermi液体にクロスオーバーしていくが、H//c軸では挙動が異なることを明らかにした。

口頭

YbRh$$_2$$Si$$_2$$の軟X線角度分解光電子分光

保井 晃; 藤森 伸一; 川崎 郁斗; 岡根 哲夫; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; Lapertot, G.*; Knebel, G.*; 松田 達磨; 芳賀 芳範; et al.

no journal, , 

重い電子系物質であるYbRh$$_2$$Si$$_2$$はわずかな制御パラメータにより量子臨界点(QCP)を跨ぐことができ、またQCP近傍のマクロ物性が従来のスピン密度波型のものとは異なるため、非常に注目を集めている。特に、そのQCPを境にフェルミ面が不連続に変化することがホール効果測定から示唆されている。フェルミ面の不連続変化のメカニズムを明らかにするためには電子構造を実験的に調べることが近道であるが、未だ十分に理解されていない。そこで、固体内部の価電子帯構造を調べるために、YbRh$$_2$$Si$$_2$$の軟X線角度分解光電子分光測定を行った。その結果、YbRh$$_2$$Si$$_2$$は価数揺動物質であり、Yb 4$$f$$バンドは伝導バンドと混成していることがわかった。また、価電子帯構造はLuRh$$_2$$Si$$_2$$の局所密度近似計算による結果と似ていた。

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