51探花

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　教授　淡路智

〇金属材料研究所　教授　佐々木孝彦

〇金属材料研究所　教授　青木大

【発表のポイント】

• 医疗用MRIや研究用加速器などで用いられる超伝导磁石には、强い磁场でも超伝导を维持できる材料が欠かせません。ところが従来の超伝导は磁场との相性が悪く、高い磁场では超伝导状态を保てないという课题がありました。
• 原子力机构が独自开発した手法で合成した超纯良単结晶ウランテルル化物（化学式 UTe₂）を用いて、磁场に强いとされる「スピン叁重项超伝导」が、どの程度の强さの磁场に耐えられるかを调べました。
• その结果、超伝导は磁场の中で自らその状态を柔软に変え、より强い磁场に适応した新しい状态へ移行することを発见しました。この新しい状态では、超伝导を维持できる限界の磁场(临界磁场)は、従来の理论予测を大きく超える约2倍の大きさの12テスラに达しました。＊通常のネオジム磁石は5テスラ、医疗用MRIだと3テスラの磁场。
• 本成果は、同一サイズでより高い磁场を目指すための设计指针を示し、强力?小型の超伝导磁石の开発を后押しするものです。

【概要】

超伝导はある温度以下で物质の电気抵抗がゼロになる现象です。この时、超伝导体（物质）では２つの电子が1组の电子対となり、自ら持つスピン（磁力の最小単位）を打ち消しあっています。このため、磁场は超伝导と相性が悪く、超伝导を抑制する外的要因としてのみ取り扱われてきました。応用上においても、磁场に强い超伝导状态をどのように作り出すかは、重要な课题となっています。一方、近年ウラン化合物で発见された「スピン叁重项超伝导」は、従来の超伝导状态とは电子スピンの状态が异なるため、本质的に磁场に强く、高い磁场の中でも超伝导状态を保つことが知られていました。

今回、原子力机构が开発したスピン叁重项超伝导体UTe₂（ウランテルル化物）の超纯良単结晶を用いて、この新しい超伝导がどのように磁场と共存し、强い磁场中でも安定して存在し続けられるのかを调べました。

その結果、スピン三重項超伝導は磁場の中でそのスピンの状態を柔軟に変化させることができ、より強い磁場に適応した新しい状態へと自ら移行することを発見しました。それによって、超伝導状態が壊れる限界である「临界磁场」が、従来の理論予測の約2倍、12テスラにまで达することも明らかになりました。これは、通常のネオジム磁石が0.5テスラ、医疗用MRIでは3テスラの磁场であることを踏まえると、非常に大きい値です。

この成果は、高磁场に耐えうる超伝导体开発に指针を与えるものであり、MRIや次世代加速器に必要な超伝导电磁石に使用する材料开発につながると期待されます。

本研究は、国立研究开発法人日本原子力研究开発机构（理事长　小口正范、以下「原子力机构」）原子力科学研究所　先端基础研究センター　强相関アクチノイド科学研究グループ　常盘欣文研究主干、徳永阳グループリーダー、国立大学法人东北大学（総长　冨永悌二、以下「东北大学」）金属材料研究所　淡路智教授、佐々木孝彦教授、青木大教授、国立大学法人京都大学（総长　凑长博、以下「京都大学」）大学院理学研究科　栁瀬阳一教授らによるものです。

本研究成果は、2025年9月24日（现地时间）に米国物理学会誌「Physical Review Letters」にオンライン掲载されました。

スピン叁重项超伝导の概念図。中央の矢印は磁场の方向と强さを表す。磁场中で超伝导はその状态を柔软に変え、より强い磁场に适応した新しい状态へ自ら移行する

【论文情报】

雑誌名: Physical Review Letters
タイトル: Self-reconstruction of order parameter in spin-triplet superconductor UTe2
（スピン叁重项超伝导体鲍罢别2の秩序パラメータの自己再构筑）
著者: Y. Tokiwa, P. Opletal, H. Sakai, K. Kubo, S. Kambe, E. Yamamoto, M. Kimata, S. Awaji, T. Sasaki, D. Aoki, Y. Yanase, Y. Tokunaga, Y. Haga
DOI:

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学金属材料研究所
教授 淡路 智
罢贰尝：022-215-2151
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（取材?报道に関すること）
东北大学金属材料研究所 情報企画室広報班
罢贰尝：022-215-2144
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