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論文

Anomalous vortex dynamics in the spin-triplet superconductor UTe$$_2$$

常盤 欣文; 酒井 宏典; 神戸 振作; Opletal, P.; 山本 悦嗣; 木俣 基*; 淡路 智*; 佐々木 孝彦*; 柳瀬 陽一*; 芳賀 芳範; et al.

Physical Review B, 108(14), p.144502_1 - 144502_5, 2023/10

$$b$$-軸磁場下で$$a$$-軸方向の電流を用いて測定することで、スピン3重項超伝導体UTe$$_2$$におけるボルテックスダイナミクスを研究しました。驚くべきことに、超伝導状態の深部で、島状の臨界電流の低い領域を発見しました。この現象は、ボルテックスのピンニングが弱まった結果と考えられます。特筆すべきは、この領域が最近提案された中間磁場の超伝導相と一致していることです。我々は、中間磁場超伝導状態において非特異的なボルテックスが存在する可能性を検討しました。この中間状態では、複数の超伝導成分が混合するためボルテックスの中心部で超伝導の秩序パラメータが完全に消えない可能性があり、それがピニングが弱まる原因になっている可能性があります。

論文

Field induced multiple superconducting phases in UTe$$_2$$ along hard magnetic axis

酒井 宏典; 常盤 欣文; Opletal, P.; 木俣 基*; 淡路 智*; 佐々木 孝彦*; 青木 大*; 神戸 振作; 徳永 陽; 芳賀 芳範

Physical Review Letters, 130(19), p.196002_1 - 196002_6, 2023/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:90.46(Physics, Multidisciplinary)

$$T_{rm c}$$=2.1Kのウラン2テルル化物単結晶における超伝導相図を磁気困難軸である結晶$$b$$軸方向に磁場をかけて調べた。電気抵抗と交流帯磁率を同時に測定した結果、低磁場超伝導(LFSC)相と高磁場超伝導(HFSC)相が、対照的な磁場-角度依存性をもつことがわかった。結晶の純良性が上がったことにより、LFSC相の上部臨界磁場は上昇したものの、HFSC相が現れる特徴磁場$$H^{ast}$$は、単結晶の純良性に関わらず、15Tと一定であることがわかった。また、$$H^{ast}$$近傍のLFSC相内に、弱い渦糸ピン留め力で特徴づけられる中間超伝導相を示唆する新たな相線の形跡を捉えた。

論文

Change of superconducting character in UTe$$_{2}$$ induced by magnetic field

金城 克樹*; 藤林 裕己*; 北川 俊作*; 石田 憲二*; 徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 仲村 愛*; 清水 悠晴*; 本間 佳哉*; et al.

Physical Review B, 107(6), p.L060502_1 - L060502_5, 2023/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:92.2(Materials Science, Multidisciplinary)

UTe$$_2$$ is a recently discovered spin-triplet superconductor. One of the characteristic features of UTe$$_2$$ is a magnetic field ($$H$$)-boosted superconductivity above 16 T when H is applied exactly parallel to the $$b$$ axis. To date, this superconducting (SC) state has not been thoroughly investigated, and the SC properties as well as the spin state of this high-$$H$$ SC (HHSC) phase are not well understood. In this letter, we performed AC magnetic susceptibility and nuclear magnetic resonance measurements and found that, up to 24.8 T, the HHSC state has bulk nature and is quite sensitive to the $$H$$ angle and that its SC character is different from that in the low-$$H$$ SC (LHSC) state. The dominant spin component of the spin-triplet pair is along the $$a$$ axis in the LHSC state but is changed in the HHSC state along the $$b$$ axis. Our results indicate that $$H$$-induced multiple SC states originate from the remaining spin degrees of freedom.

論文

Interface-dependent magnetotransport properties for thin Pt films on ferrimagnetic Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$

塩見 雄毅*; 大谷 隆史*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; Qiu, Z.*; 中山 裕康*; 内田 健一*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 104(24), p.242406_1 - 242406_5, 2014/06

 被引用回数:27 パーセンタイル:73.87(Physics, Applied)

We have studied magnetoresistance and Hall effects for 1.8-nm-thick Pt films grown on a ferrimagnetic insulator Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ in a wide temperature (0.46-300 K) and magnetic-field (-15 to 15 T) region. In the low-temperature regime where quantum corrections to conductivity are observed, weak antilocalization behavior observed in Pt films is critically suppressed when the film is attached to Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$. Hall resistance in the Pt film is also affected by Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$, and it exhibits logarithmic temperature dependence in a broad temperature range. The magnetotransport properties in the high-field range are significantly influenced by the interface between Pt and Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$.

口頭

Inelastic neutron scattering study on phonon spectra in dimer-Mott insulator $$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$

河村 聖子; 松浦 直人*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; 谷口 弘三*; 窪田 愛子*; 佐藤 一彦*; 稲村 泰弘; 菊地 龍弥; 川北 至信; et al.

no journal, , 

最近、分子ダイマーモット絶縁体$$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$において、リラクサー的な電荷応答を示す強誘電性が示唆されている。われわれはこの系に対し、チョッパー分光器を用いた中性子非弾性散乱測定を行い、広い波数ベクトル(Q)-エネルギー(E)空間でのフォノンの観測に、分子性導体では初めて成功した。測定では、音響フォノンと36meVまでの光学フォノンモードが明瞭に観測された。最もエネルギーの低い4.2meVのモードの強度は、グラス的強誘電が発現する温度$$T_{FE}$$=62K以下でゾーン境界において増加し、さらに反強磁性転移温度$$T_{rm N}$$=22K以下では、観測された全Q領域で大きくエンハンスされることが明らかになった。この結果は、4.2meVモードにより特徴づけられる格子ダイナミクスが、電荷・スピンの自由度と強く結合していることを示している。

口頭

Phonon modes in a molecular dimer-Mott insulator $$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$ studied by inelastic neutron scattering

河村 聖子; 松浦 直人*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; 谷口 弘三*; 窪田 愛子*; 佐藤 一彦*; 稲村 泰弘; 菊地 龍弥; 中島 健次

no journal, , 

最近、分子ダイマーモット絶縁体$$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$がリラクサー的な電荷応答を示す新しいタイプの強誘電体の候補として報告された。この系は、$$T_c$$= 62K以下でグラス的な強誘電性を示し、さらに$$T_{rm N}$$=22K以下で長距離反強磁性秩序を示す。我々は、MLFのBL14に設置されたチョッパー分光器アマテラスを用いて、この系の中性子非弾性散乱測定を行った。温度の降下に伴い、18meVおよび21meV付近のフォノン強度は減少し、一方13.5meV近傍のモードの強度は増加する。すでに我々は、4.2meVをもつ2倍周期の光学モードが$$T_c$$以下でエンハンスされ、さらに$$T_{rm N}$$以下で抑制されることを見出しており、これは電荷およびスピンのダイナミクスと関連していると考えている。この結果とは対照的に、18meV付近の光学モードの強度は$$T_c$$以下で減少し、低温で一定になるという振る舞いをする。

口頭

走査SQUID磁気顕微鏡で観測した微小超伝導体の渦糸状態と人工ピン止め

北野 恒平*; 岡安 悟; 野島 勉*; 佐々木 孝彦*; 小久保 伸人*

no journal, , 

微細な穴や窪みを小さな超伝導体に導入することにより、反量子渦を含む新たな量子渦状態の誘起と制御を目指している。今回、直径数ミクロンの5つの穴(中心の1つ穴とその周りの正方形の対称性と一致する4つ穴)を設けた正方形状の微小超伝導体を用意し、一様磁場を印加して誘起された量子渦状態を走査SQUID磁気顕微鏡で直接観察した。穴のない以前の結果と比較すると、低渦度(L$$<$$5)において独特な渦配列が現れることが分かった。例えばL=3では、対角に3つ並ぶ配列が現れるが、穴の間隔を狭くすると、中心の渦が排除され、周囲の4つ穴のいずれか3つに侵入する。穴間隔と渦間の相互作用の競合が重要な役割を果たすことが分かる。得られた配列の渦度は、印加磁場に対して非単調に成長し、穴の配置に依存することが分かった。

口頭

Studies on phonon modes in a molecular dimer-Mott insulator $$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$ by inelastic neutron scattering

河村 聖子; 松浦 直人*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; 谷口 弘三*; 窪田 愛子*; 佐藤 一彦*; 稲村 泰弘; 菊地 龍弥*; 中島 健次

no journal, , 

分子ダイマーモット絶縁体$$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$において最近、リラクサー的な誘電応答が報告され、新しいタイプの強誘電体として注目を集めている。この系は、スピン1/2が局在するBEDT-TTFダイマー内の電荷の不均化によるグラス的な強誘電と、長距離反強磁性秩序がそれぞれ$$T_c$$=62K、$$T_{rm N}$$=22K以下で発現する。このような分子性物質では、低エネルギーのフォノンが電荷・スピンと同じエネルギー領域に存在するため電荷・スピンの自由度と強く結合することが期待される。そこでこの系のフォノンモードを観測するため、J-PARC MLFのチョッパー分光器アマテラスを用いて中性子非弾性散乱測定を行った。低エネルギーのモードについては、ソフト化は観測されていない一方で、$$T_c$$, $$T_{rm N}$$と関連した温度依存性を示した。本研究の結果は、この低エネルギーフォノンが電荷・スピンと強く結合していることを示唆している。

口頭

Phonon modes of $$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$ coupled with charge and spin studied by inelastic neutron scattering

河村 聖子; 松浦 直人*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; 谷口 弘三*; 窪田 愛子*; 佐藤 一彦*; 稲村 泰弘; 菊地 龍弥*; 中島 健次

no journal, , 

$$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$は、$$T_c$$=62K以下でグラス的な強誘電、さらに$$T_{rm N}$$=22K以下で反強磁性秩序を示す、有機ダイマーモット絶縁体である。このような分子性導体では、低エネルギーフォノンが電荷・スピンと同じエネルギー領域に存在し、そのため格子が電荷及びスピン自由度と強く結合していることが期待される。我々は、電荷及びスピン自由度と結合したフォノンについて調べるため、J-PARCに設置されたチョッパー分光器アマテラスを用いて中性子非弾性散乱測定を行なった。この系は、最も低エネルギーの光学フォノンが4.2meVに現れる。このモードの強度を詳しく解析すると、高温から$$T_c$$に向かって温度が下がるにつれ強度は増加し、$$T_c$$以下で一定となり、$$T_{rm N}$$以下で急激に増加することがわかった。会議では、異なる波数ベクトル$$Q$$位置でのこの4.2meVモードの振る舞いについて報告し、電荷・スピン自由度との関連について議論する。

口頭

強相関$$f$$電子系化合物URu$$_2$$Si$$_2$$に置ける強磁場下の磁気揺らぎ

酒井 宏典; 比嘉 野乃花; 服部 泰佑; 徳永 陽; 芳賀 芳範; 神戸 振作; 後藤 貴行*; 平田 倫啓*; 淡路 智*; 佐々木 孝彦*

no journal, , 

強相関$$5f$$電子系のウラン化合物URu$$_2$$Si$$_2$$の単結晶を用いて、$$c$$軸方向に外部磁場を約24Tをかけて、$$^{29}$$Si核磁気共鳴(NMR)観測を行った。常磁性状態におけるNMRシフトの温度依存性は、外部磁場依存することがわかった。この磁場依存性は、パルス磁場で測定された帯磁率の磁場依存性に似ている。

口頭

UTe$$_2$$における磁気エントロピー

常盤 欣文; Opletal, P.; 酒井 宏典; 山本 悦嗣; 神戸 振作; 徳永 陽; 芳賀 芳範; 木俣 基*; 淡路 智*; 佐々木 孝彦*; et al.

no journal, , 

UTe$$_2$$は、磁場中でのリエントラント超伝導やスピン3重項超伝導の可能性などにより、多くの注目を集めている。この物質において、b軸方向に磁場を印可すると、磁場により一旦Tcが減少するが、約16T以上の磁場下ではTcが上昇する。この磁場方向においては、34Tにメタ磁性転移が存在する。このメタ磁性とTcの異常増強の関係が議論されている。非従来型超伝導の多くは、常伝導相が異常な金属状態を示す。そして、その原因となる磁気揺らぎが超伝導電子対を生成していると考えられている。量子臨界点において、エントロピーが極大を示すように、エントロピーは揺らぎの直接的な指標である。このことから、常伝導状態におけるエントロピー測定により、揺らぎと超伝導の関係性を明らかにできる。本研究では、東北大学金属材料研究所の強磁場超伝導材料研究センターの無冷媒超伝導マグネットにより、2Kまでの温度、24Tまでの磁場で精密磁化測定を行い、熱力学的関係式を用いて、磁場-温度のパラメータ空間においてエントロピーをマッピングした。本講演では、メタ磁性揺らぎによるエントロピーの増加と超伝導の関係性を議論する。

口頭

UTe$$_2$$の高純度単結晶における上部臨界磁場

芳賀 芳範; 酒井 宏典; Opletal, P.; 常盤 欣文; 山本 悦嗣; 神戸 振作; 徳永 陽; 木俣 基*; 中村 慎太郎*; 淡路 智*; et al.

no journal, , 

特異な超伝導体UTe$$_{2}$$が国内外で大きな注目を集め、盛んに研究されているが既存試料は純度が低くその詳細は不明であった。本研究では、従来より飛躍的に純良な単結晶を用いて測定した上部臨界磁場の特徴を報告する。

口頭

スピン三重項超伝導体UTe$$_2$$における磁化困難軸方向に対する磁場-温度相図

酒井 宏典; 常盤 欣文; Opletal, P.; 木俣 基*; 淡路 智*; 佐々木 孝彦*; 青木 大*; 神戸 振作; 徳永 陽; 芳賀 芳範

no journal, , 

常磁性超伝導体UTe$$_2$$では、磁化困難軸$$b$$軸方向に"正確に"磁場をかけると、15T以上の磁場に対して$$T_{rm c}$$が上昇する"磁場増強超伝導状態"が出現する。この強磁場超伝導相を調べるために、東北大学金属材料研究所強磁場超伝導研究所の無冷媒25T超伝導マグネット(25T-CSM)を用いて、超純良単結晶の磁場-温度相図を決定する試みを行った。本発表では、得られた結果について報告する。

口頭

重い電子系超伝導体UTe$$_2$$高純度単結晶の強磁場磁気抵抗

芳賀 芳範; 酒井 宏典; 常盤 欣文; Opletal, P.; 木俣 基*; 中村 慎太郎*; 淡路 智*; 佐々木 孝彦*; 青木 大*; 神戸 振作; et al.

no journal, , 

重い電子系UTe$$_2$$の高純度単結晶について強磁場磁気抵抗測定を行った。強磁場領域でシュブニコフ・ドハース振動が観測され、$$H||c$$でのフェルミ面極値断面積及び有効質量を決定し、$$c$$軸方向にのびた2次元フェルミ面を観測した。また、フェルミ面に起因する横磁気抵抗が観測され、キャリアの易動度に関する情報が得られ、重い電子の挙動に関する新たな情報が得られた。

口頭

UTe$$_2$$のa軸磁場下メタ磁性による超伝導相内の一次転移誘起

常盤 欣文; Opletal, P.; 酒井 宏典; 山本 悦嗣; 神戸 振作; 徳永 陽; 芳賀 芳範; 木俣 基*; 淡路 智*; 佐々木 孝彦*; et al.

no journal, , 

非従来型超伝導では、磁性が超伝導相互作用の起源と考えられており、磁性と超伝導の関係性は研究の中心的テーマとなっている。UTe$$_2$$は、磁場中でのリエントラント超伝導やスピン3重項超伝導の可能性などにより、多くの注目を集めている。この物質において、a軸方向に磁場を印可すると、6T付近でフェルミ面の不安定性による弱いメタ磁性が発生する。気相成長法で合成された初期の結晶では、$$T_c$$=1.6Kで上部臨界磁場$$H_{c2}$$=6Tであったため、メタ磁性が発生する磁場では超伝導が消失しており、超伝導に影響はなかった。溶融塩フラックス法により合成された純良単結晶では、$$T_c$$=2.1Kは当初のTcから25%増強であるのに対して、$$H_{c2}$$=12Tは2倍になっており、メタ磁性が超伝導に影響を与えうる。本研究では、このメタ磁性が$$H_{c2}$$を増強していることを明らかにした。

口頭

Single crystal growth and precise phase diagram of superconducting UTe$$_2$$

酒井 宏典; 常盤 欣文; Opletal, P.; 木俣 基*; 淡路 智*; 佐々木 孝彦*; 青木 大*; 神戸 振作; 徳永 陽; 芳賀 芳範

no journal, , 

最近、我々は溶融塩フラックス法により超伝導UTe$$_2$$の純良単結晶育成に成功した。これらの純良単結晶は、残留抵抗比が大きく、超伝導転移温度$$T_{rm c}$$以下の残留比熱も小さい。今回、純良単結晶を用いて、磁化困難軸である$$b$$軸方向に磁場をかけた時の超伝導相図を、電気抵抗率と交流帯磁率の同時測定により、正確に決定した。その結果、低磁場超伝導相と高磁場超伝導相が、全く異なる磁場角度依存性を示すことを明らかにした。また、高磁場超伝導相が現れる特徴磁場が、試料純良性によらず、約15Tと一定であること、低磁場超伝導相内にピン留め力の小さな中間超伝導相が新たに現れることなどを見出した。

口頭

Metamagnetism-induced first-order transition within the superconducting state of UTe$$_2$$ under magnetic field along the easy a-axis

常盤 欣文; Opletal, P.; 酒井 宏典; 山本 悦嗣; 神戸 振作; 徳永 陽; 芳賀 芳範; 木俣 基*; 淡路 智*; 佐々木 孝彦*; et al.

no journal, , 

磁化と磁気熱量効果の測定から得られたエントロピーを分析することにより、磁気容易a軸に沿った磁場下でのUTe$$_2$$の超伝導とメタ磁性の間の関係性を調べた。超伝導転移温度$$T_c$$以上の常伝導状態では、エントロピーが弱いメタ磁性による異常な増強を示す。驚くべきことに、異常は超伝導状態の中でも持続し、鋭い異常に変化する。異常は磁場の増加に伴うエントロピーの段階的な増加であり、吸熱に対応する。このように、メタ磁性が超伝導状態で一次相転移を引き起こすという前例のない現象を発見した。本研究では、この相転移が同じ$$A_u^{2h}$$間の転移であり、相転移において$$B_{3u}$$超伝導成分の重みが階段状に増加すると考えると、観察と一致することを議論する。

口頭

Induced first-order transition inside superconducting state by metamagnetism in an easy-axis magnetic field on UTe$$_2$$

常盤 欣文; Opletal, P.; 酒井 宏典; 山本 悦嗣; 神戸 振作; 徳永 陽; 芳賀 芳範; 木俣 基*; 淡路 智*; 佐々木 孝彦*; et al.

no journal, , 

非従来型超伝導では、磁性が超伝導相互作用の起源と考えられており、磁性と超伝導の関係性は研究の中心的テーマとなっている。UTe$$_2$$は、磁場中でのリエントラント超伝導やスピン3重項超伝導の可能性などにより、多くの注目を集めている。この物質において、a軸方向に磁場を印可すると、6T付近でフェルミ面の不安定性による弱いメタ磁性が発生する。気相成長法で合成された初期の結晶では、$$T_c$$=1.6Kで上部臨界磁場$$H_{c2}$$=6Tであったため、メタ磁性が発生する磁場では超伝導が消失しており、超伝導に影響はなかった。溶融塩フラックス法により合成された純良単結晶では、$$T_c$$=2.1Kは当初の$$T_c$$から25%増強であるのに対して、$$H_{c2}$$=12Tは2倍になっており、メタ磁性が超伝導に影響を与えうる。本研究では、このメタ磁性が$$H_{c2}$$を増強していることを明らかにした。

口頭

Induced first-order transition inside superconducting state by metamagnetism in an easy-axis magnetic field on UTe$$_2$$

常盤 欣文; Opletal, P.; 酒井 宏典; 山本 悦嗣; 神戸 振作; 徳永 陽; 芳賀 芳範; 木俣 基*; 淡路 智*; 佐々木 孝彦*; et al.

no journal, , 

非従来型超伝導では、磁性が超伝導相互作用の起源と考えられており、磁性と超伝導の関係性は研究の中心的テーマとなっている。UTe$$_2$$は、磁場中でのリエントラント超伝導やスピン3重項超伝導の可能性などにより、多くの注目を集めている。この物質において、a軸方向に磁場を印可すると、6T付近でフェルミ面の不安定性による弱いメタ磁性が発生する。気相成長法で合成された初期の結晶では、$$T_c$$=1.6Kで上部臨界磁場$$H_{c2}$$=6Tであったため、メタ磁性が発生する磁場では超伝導が消失しており、超伝導に影響はなかった。溶融塩フラックス法により合成された純良単結晶では、$$T_c$$=2.1Kは当初の$$T_c$$から25%増強であるのに対して、$$H_{c2}$$=12Tは2倍になっており、メタ磁性が超伝導に影響を与えうる。本研究では、このメタ磁性が$$H_{c2}$$を増強していることを明らかにした。

口頭

Single crystal growth and precise phase diagram of superconducting UTe$$_2$$

酒井 宏典; 常盤 欣文; Opletal, P.; 木俣 基*; 淡路 智*; 佐々木 孝彦*; 青木 大*; 神戸 振作; 徳永 陽; 芳賀 芳範

no journal, , 

溶融塩フラックス法を用いて、報告されている中で最も高い超伝導(SC)転移温度を持つ高品質なUTe$$_2$$単結晶を育成した。この結晶は、残留電子比熱が小さく、残留抵抗比が大きい。UTe$$_2$$のSC相図を調べ、低磁場と高磁場のSC相が対照的な磁場角依存性を持つことを明らかにした。また、中間的なSC状態も見いだされた。結晶の質によって低磁場超伝導相の上部臨界磁場が増加するにも関わらず、高磁場相が現れる磁場は約15Tで変化しない。MSF法により、このスピン三重項超伝導体の量子振動の観測とフェルミ面研究の進展があった。

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