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論文

Clear reduction in spin susceptibility and superconducting spin rotation for $$H||a$$ in the early-stage sample of spin-triplet superconductor UTe$$_2$$

北川 俊作*; 徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 他11名*

Journal of the Physical Society of Japan, 93(12), p.123701_1 - 123701_5, 2024/11

We report the re-measurement of the $$a$$-axis spin susceptibility component in an early-stage sample of the spin-triplet superconductor UTe$$_2$$ with the transition temperature of $$T_{rm SC}$$ = 1.6 K. Using Knight-shift measurements along the $$b$$ axis and at a 10-degree tilt from the $$b$$ axis towards the $$a$$ axis, we accurately determined the $$a$$-axis component without directly measuring the $$a$$-axis Knight shift. The experiment reveals that the previously reported absence of the reduction in Knight shift is attributed to the missing of signal from the superconducting region and to the detection of residual signals from the non-superconducting region instead.

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

 被引用回数:6 パーセンタイル:80.90(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

Superconducting spin reorientation in spin-triplet multiple superconducting phases of UTe$$_2$$

金城 克樹*; 藤林 裕己*; 松村 拓輝*; 堀 文哉*; 北川 俊作*; 石田 憲二*; 徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 仲村 愛*; et al.

Science Advances (Internet), 9(30), p.2736_1 - 2736_6, 2023/07

 被引用回数:6 パーセンタイル:80.90(Multidisciplinary Sciences)

Superconducting (SC) state has spin and orbital degrees of freedom, and spin-triplet superconductivity shows multiple SC phases because of the presence of these degrees of freedom. However, the observation of spin-direction rotation occurring inside the SC state (SC spin rotation) has hardly been reported. Uranium ditelluride, a recently found topological superconductor, exhibits various SC phases under pressure: SC state at ambient pressure (SC1), high-temperature SC state above 0.5 gigapascal (SC2), and low-temperature SC state above 0.5 gigapascal (SC3). We performed nuclear magnetic resonance (NMR) and ac susceptibility measurements on a single-crystal uranium ditelluride. The b axis spin susceptibility remains unchanged in SC2, unlike in SC1, and decreases below the SC2-SC3 transition with spin modulation. These unique properties in SC3 arise from the coexistence of two SC order parameters. Our NMR results confirm spin-triplet superconductivity with SC spin parallel to b axis in SC2 and unveil the remaining of spin degrees of freedom in SC uranium ditelluride.

論文

Low-temperature magnetic fluctuations investigated by $$^{125}$$Te-NMR on the uranium-based superconductor UTe$$_2$$

藤林 裕己*; 金城 克樹*; 仲嶺 元輝*; 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*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 92(5), p.053702_1 - 053702_5, 2023/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:75.19(Physics, Multidisciplinary)

To investigate the static and dynamic magnetic properties on the uranium-based superconductor UTe$$_2$$, we measured the NMR Knight shift $$K$$ and the nuclear spin lattice relaxation rate 1/$$T_1$$ in $$H//a$$ by $$^{125}$$Te-NMR on a $$^{125}$$Te-enriched single-crystal sample. 1/$$T_1$$$$T$$ in $$H//a$$ is much smaller than 1/$$T_1$$$$T$$ in $$H //b$$ and c, and magnetic fluctuations along each axis are derived from the 1/$$T_1$$$$T$$ measured in $$H$$ parallel to all three crystalline axes. The magnetic fluctuations are almost identical at two Te sites and isotropic at high temperatures, but become anisotropic below 40 K, where heavy-fermion state is formed.

論文

Large reduction in the $$a$$-axis knight shift on UTe$$_2$$ with $$T_c$$ = 2.1 K

松村 拓輝*; 藤林 裕己*; 金城 克樹*; 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*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 92(6), p.063701_1 - 063701_5, 2023/05

 被引用回数:21 パーセンタイル:97.82(Physics, Multidisciplinary)

Spin susceptibility in the superconducting (SC) state was measured in the higher-quality sample of uranium-based superconductor UTe$$_2$$ by using Knight-shift measurements for a magnetic field $$H$$ along all three crystalline axes. In the higher-quality sample, the SC transition temperature $$T_c$$ is about 2.1 K, and the residual electronic term in the specific heat is almost zero. The NMR linewidth becomes narrower and is almost half of that in the previous sample with $$T_csim$$1.6 K when $$H//a$$ and $$c$$. Although the Knight-shift behavior was not so different from the previous results for $$H//b$$, and $$c$$, a large reduction in Knight shift along the $$a$$ axis was observed, in contrast with the previous $$a$$-axis Knight shift result. We discuss the origin of the difference between the previous and present results, and the possible SC state derived from the present results.

論文

NMRで探るウラン系スピン三重項超伝導の物理

徳永 陽; 酒井 宏典; 北川 俊作*; 石田 憲二*

日本物理学会誌, 78(5), p.267 - 272, 2023/04

UTe$$_2$$は2018年末に超伝導になることが初めて報告されたウラン系超伝導体である。その発見の直後から実験と理論の両面での集中的な研究が開始され、40T以上の強磁場領域における磁場誘起超伝導や圧力下での多重超伝導相など、スピン三重項超伝導状態を起源とする新奇な超伝導現象が相次いで見つかっている。さらにその超伝導状態は、バルクとしてトポロジカル超伝導を実現する可能性があることが指摘され注目を集めている。本稿ではこのUTe$$_2$$において、我々が行ってきた核磁気共鳴(NMR)法による研究について紹介する。

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:16 パーセンタイル:95.14(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

Drastic change in magnetic anisotropy of UTe$$_2$$ under pressure revealed by $$^{125}$$Te-NMR

金城 克樹*; 藤林 裕己*; 仲嶺 元輝*; 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*; et al.

Physical Review B, 105(14), p.L140502_1 - L140502_5, 2022/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:64.62(Materials Science, Multidisciplinary)

To investigate the normal-state magnetic properties of UTe$$_2$$ under pressure, we perform $$^{125}$$Te nuclear magnetic resonance (NMR) measurements up to 2 GPa. Below 1.2 GPa, the b-axis NMR Knight shift shows a broad maximum at the so-called $$T_{chi, max}$$ on cooling, which is consistent with the magnetization measurement under pressure. $$T_{chi, max}$$ decreases with increasing pressure and disappears at the critical pressure $$P_c$$= 1.7 GPa, above which superconductivity is destroyed.

論文

Slow electronic dynamics in the paramagnetic state of UTe$$_2$$

徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 芳賀 芳範; 常盤 欣文; Opletal, P.; 藤林 裕己*; 金城 克樹*; 北川 俊作*; 石田 憲二*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 91(2), p.023707_1 - 023707_5, 2022/02

 被引用回数:21 パーセンタイル:92.47(Physics, Multidisciplinary)

ウラン系の強磁性超伝導体で議論されてきた、「強磁性ゆらぎによるスピン三重項超伝導対の形成」および「強磁性ゆらぎを介した磁場による対形成引力の制御」というコンセプトがUTe$$_2$$においても成り立つことを期待させる。しかしその一方、$$_2$$では静的な強磁性秩序は存在せず、低温の磁気状態がこれまでのウラン系強磁性超伝導体にどこまで近いのかという点については疑問を持たれていた。実際、最近の中性子散乱実験では、比較的高温側から反強磁性に近いq=0.57という波数を持った磁気ゆらぎの発達が示されている。本研究では$$^{125}$$Te-NMR実験により低温で非常に遅いゆっくりとした揺らぎが発達する様子を捉えることに成功した。このことはこの系の低温における強い相関の発達を示唆している。

論文

Inhomogeneous superconducting state probed by $$^{125}$$Te NMR on UTe$$_2$$

仲嶺 元輝*; 金城 克樹*; 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.

Journal of the Physical Society of Japan, 90(6), p.064709_1 - 064709_7, 2021/06

 被引用回数:22 パーセンタイル:86.67(Physics, Multidisciplinary)

UTe$$_2$$ is a recently discovered promising candidate for a spin-triplet superconductor. In contrast to conventional spin-singlet superconductivity, spin-triplet superconductivity possesses spin and angular momentum degrees of freedom. We previously reported that the shoulder signal appears in NMR spectra below the superconducting (SC) transition temperature $$T_c$$ in $$H//b$$, and a slight decrease in the Knight shift along the $$b$$ and $$c$$ axes ($$K_{rm b}$$ and $$K_{rm c}$$, respectively) below $$T_c$$ at a low magnetic field $$H$$. Although the decrease in $$K_{rm c}$$ vanished above 5.5 T, the decrease in $$K_{rm b}$$ was independent of $$H$$ up to 6.5 T. To clarify the origin of the shoulder signal and the trace of the decrease in $$K_{rm b}$$, we compared the $$^{125}$$Te-NMR spectra obtained when $$H//b$$ and $$H//c$$ and measured the $$^{125}$$Te-NMR spectra for $$H//b$$ up to 14.5 T.

論文

Anisotropic response of spin susceptibility in the superconducting state of UTe$$_2$$ probed with $$^{125}$$Te-NMR measurement

仲嶺 元輝*; 金城 克樹*; 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, 103(10), p.L100503_1 - L100503_5, 2021/03

 被引用回数:40 パーセンタイル:93.11(Materials Science, Multidisciplinary)

To investigate spin susceptibility in a superconducting (SC) state, we measured the $$^{125}$$Te-NMR Knight shifts at magnetic fields ($$H$$) up to 6.5 T along the $$b$$ and $$c$$ axes of single-crystal UTe$$_2$$, a promising candidate for a spin-triplet superconductor. In the SC state, the Knight shifts along the $$b$$ and $$c$$ axes ($$K_{rm b}$$ and $$K_{rm c}$$, respectively) decreased slightly, and the decrease in $$K_{rm b}$$ was almost constant up to 6.5 T. The reduction in $$K_{rm c}$$ decreased with increasing $$H$$, and $$K_{rm c}$$ was unchanged through the SC transition temperature at 5.5 T, excluding the possibility of spin-singlet pairing. Our results indicate that spin susceptibilities along the $$b$$ and $$c$$ axes slightly decrease in the SC state in low $$H$$, and the $$H$$ response of SC spin susceptibility is anisotropic on the $$bc$$ plane.

論文

Superconducting properties of heavy fermion UTe$$_2$$ revealed by $$^{125}$$Te-nuclear magnetic resonance

仲嶺 元輝*; 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*; Li, D.*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 88(11), p.113703_1 - 113703_4, 2019/11

 被引用回数:77 パーセンタイル:95.69(Physics, Multidisciplinary)

We have performed the $$^{125}$$Te-nuclear magnetic resonance (NMR) measurement in the field along the $$b$$ axis on the newly discovered superconductor UTe$$_2$$, which is a candidate of a spin-triplet superconductor. The nuclear spin-lattice relaxation rate divided by temperature 1/$$T_{1}T$$ abruptly decreases below a superconducting (SC) transition temperature $$T_{rm c}$$ without showing a coherence peak, indicative of UTe$$_2$$ being an unconventional superconductor. It was found that the temperature dependence of 1/$$T_{1}T$$ in the SC state cannot be understood by a single SC gap behavior but can be explained by a two SC gap model. The Knight shift, proportional to the spin susceptibility, decreases below $$T_{rm c}$$, but the magnitude of the decrease is much smaller than the decrease expected in the spin-singlet pairing. Rather, the small Knight-shift decrease as well as the absence of the Pauli-depairing effect can be interpreted by the spin triplet scenario.

論文

$$^{125}$$Te-NMR study on a single crystal of heavy fermion superconductor UTe$$_2$$

徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 服部 泰佑; 比嘉 野乃花; 仲嶺 元輝*; 北川 俊作*; 石田 憲二*; 仲村 愛*; 清水 悠晴*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 88(7), p.073701_1 - 073701_4, 2019/07

 被引用回数:71 パーセンタイル:95.01(Physics, Multidisciplinary)

最近新たに発見された重い電子系超伝導体UTe$$_2$$$$^{125}$$Te-NMRによる研究について報告する。単結晶試料を用い$$^{125}$$Te-NMRのKnight shift $$K$$およびスピン-格子緩和率$$1/T_1$$の測定を行なった。その結果、20K以上の常磁性相において静的および動的帯磁率のどちらもが弱いIsing型の異方性を持つことを確認した。一方、20K以下の低温ではa軸方向に磁場をかけた場合にスピン-スピン緩和率$$1/T_2$$の強い発散が見られることがわかった。このことは低温でa軸方向に強い縦型のスピン揺らぎが発達していることを示唆している。

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

一軸圧下NQR/NMRによるURu$$_{2}$$Si$$_{2}$$の研究

神戸 振作; 芳賀 芳範; 酒井 宏典; 石飛 尊之; 徳永 陽; 松村 拓輝*; 北川 俊作*; 石田 憲二*; 播磨 尚朝*

no journal, , 

URu$$_{2}$$Si$$_{2}$$の隠れた秩序について考察する。最近の研究により、隠れた秩序状態の電子状態対称性はいくつかの空間群に限られている。しかし、それは同じ高い対称性を持つため、その区別は依然として困難である。そのため一軸圧力などの外場によって、隠れた秩序状態の対称性がどのように下がるか見る必要がある。本研究では一軸圧を[100], [110]方向にかけて斜方晶にしたときのRu-NQR及びSi-NMRについて群論に基づいて議論する。

口頭

Slow dynamics of electrons in the paramagnetic state of UTe$$_2$$

徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 芳賀 芳範; 常盤 欣文; Opletal, P.; 藤林 裕己*; 金城 克樹*; 北川 俊作*; 石田 憲二*; et al.

no journal, , 

UTe$$_2$$ is a novel uranium-based superconductor with a rather high transition temperature of $$sim2$$ K. The compound attracted particular attention, because of the strong possibility of the spin-triplet Cooper pairing, which is a natural candidate for topological superconductivity in a bulk material. In this study, we performed $$^{125}$$Te-NMR experiments on a $$^{125}$$Te enriched single crystal of UTe$$_2$$. The field and temperature dependences of the spin-spin relaxation rate of $$1/T_2$$ in field applied along the $$a$$-axis revealed slow electronic dynamics developing in the paramagnetic state. The observed slow fluctuations are concerned with a successive growth of long-range electronic correlations below 30$$-$$40 K. We suggest that UTe$$_2$$ would be located on the paramagnetic side near an electronic phase boundary, where either the magnetic or Fermi-surface instability would be the origin of the characteristic fluctuations.

口頭

High-field NMR study of spin fluctuations and 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.

no journal, , 

In this study, to elucidate the nature of spin fluctuations in UTe$$_2$$, we conducted high-field Te NMR experiments in H//b. For the experiment, we prepared Te-enriched single crystals with T =2.0 K using the molten salt flux method discovered recently by ourselves. Our measurements of Te NMR relaxations reveal an enhancement of electronic spin fluctuations above 15 T, leading to their divergence in the vicinity of the metamagnetic transition at 35 T. 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. Our NMR experiments also demonstrate the development of longitudinal fluctuations underlying unconventional transport and thermal behaviors in H//b.

口頭

一軸圧下Ru-NQRによるURu$$_{2}$$Si$$_{2}$$の研究

神戸 振作; 酒井 宏典; 徳永 陽; 芳賀 芳範; 金城 克樹*; 北川 俊作*; 石田 憲二*; 播磨 尚朝*

no journal, , 

URu$$_{2}$$Si$$_{2}$$の隠れた秩序について考察する。最近の研究により、隠れた秩序状態の電子状態対称性はいくつかの空間群に限られている。しかし、それは同じ高い対称性を持つため、その区別は依然として困難である。そのため一軸圧力などの外場によって、隠れた秩序状態の対称性がどのように下がるか見る必要がある。本研究では一軸圧を[100]方向にかけて斜方晶にしたときのRu-NQRについて議論する。

口頭

Restriction on hidden order parameter from local symmetry at Ru site under uni-axial stress in URu$$_{2}$$Si$$_{2}$$

神戸 振作; 酒井 宏典; 芳賀 芳範; 徳永 陽; 金城 克樹*; 北川 俊作*; 石田 憲二*; 播磨 尚朝*

no journal, , 

この研究では、[100]および[110]方向に沿った一軸応力下での正確なRu-NQRによる測定からRuサイトの局所的な対称性を常磁性及び隠れた秩序状態で決定した。これらの測定値は、Ruサイトでの4回対称性を再びサポートした。この結果から、以前に提案された一軸応力のない隠れた秩序状態の秩序変数から特定のケースを除外することができる。

口頭

NMR study of magnetic spin fluctuations in UTe$$_2$$

徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 服部 泰佑; 比嘉 野乃花*; 仲嶺 元輝*; 北川 俊作*; 石田 憲二*; 仲村 愛*; 清水 悠晴*; et al.

no journal, , 

UTe$$_2$$の超伝導は2018年の11月末、米国のNISTおよびMaryland大のグループにより初めて報告された。超伝導転移温度は1.65Kとウラン系超伝導の中でも比較的高く、T=0における上部臨界磁場$$H_{c2}$$の値は全磁場方向でパウリ・リミットを超えている。$$H_{c2}$$の異方性は磁化の異方性と強く相関し、さらに強磁場実験からは、35T(H//b)にメタ磁性的な磁気転移が存在し、その近傍で超伝導が増強されるという、リエントラント的な振る舞いも報告されている。これらの振る舞いは明らかに強磁性超伝導体UCoGeやURhGeと酷似しているが、UTe$$_2$$では極低温まで静的な磁気秩序は確認されていない。本講演では単結晶試料を用いて行ったTe-NMR測定の結果について報告する。これまでの測定から、磁気ゆらぎが弱いイジング異方性を持つこと、また20K以下の低温で磁化容易軸であるa軸方向に強い磁気的なゆらぎが発達していることが明らかになっている。

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