51探花

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　教授　青木大

〇金属材料研究所　教授　佐々木孝彦

【概要】

京都大学大学院理学研究科の松村拓辉博士课程学生、高桥侑希同修士课程学生(研究当时)、松林陆同修士课程学生、金城克树同博士课程学生(现：东北大学多元物质科学研究所助教)、北川俊作同准教授、石田宪二同教授の研究グループ(理学研究科物理学?宇宙物理学専攻物理学第一教室)は、日本原子力研究开発机构原子力科学研究所先端基础研究センターの徳永阳研究主席のグループ、东北大学金属材料研究所附属量子エネルギー材料科学国际研究センターの青木大教授のグループ、东北大学金属材料研究所の佐々木孝彦教授のグループとの共同研究から、スピン叁重项超伝导体特有の性质を明らかにしました。

超伝导*¹状态は、2つの电子がペアを组むクーパー対と呼ばれる状态の量子力学的な波动状态として理解されます。电子にはスピン*²の自由度があるのでクーパー対もスピンの自由度を持つことが可能ですが、今まで発見されたほとんどの超伝导体はスピンの自由度をもたないスピン一重項超伝导とよばれる状態です。一方で、スピンの自由度をもつ状態はスピン三重項超伝导体とよばれ、様々な角度から研究がなされてきましたが、現在に至るまで候補となる超伝导体の観測例は非常に少なく、また超伝导転移温度の低さや極限環境下で見られるなどの理由で、スピン三重項超伝导体の理解は進んできませんでした。

研究グループは、スピン三重項超伝导体UTe₂の純良単結晶において、超伝导のスピンの状態を東北大学金属材料研究所が開発した世界最高峰の無冷媒超伝导磁石を使って24テスラまで精密に測定し、超伝导状態のスピン磁化率*³が常伝导*⁴状態の値と同じになると、超伝导が強固になる性質を発見しました。通常のスピン一重項超伝导体では、スピン磁化率が常伝导状態の値になると、超伝导は壊れます。したがって、今回明らかになった振舞いは、スピン三重項超伝导体がもつスピン一重項超伝导にはない性質であり、UTe₂がスピン三重項超伝导体であることを決定づける結果と言えます。

本研究成果は、2026年 3月10　日に、国际学术誌「Phys. Rev. B」のオンライン版に掲载され、Editors' Suggestionに选出されました。

図1：磁场をc軸に印可した時の超伝导臨界磁場H_c2 [ ● ] の温度依存性。背景の色はc軸方向のナイトシフトの振舞いを示す。低磁場ではナイトシフトが超伝导状態で減少している。5テスラ以上ではナイトシフトの减少はほとんど见られなくなっているが、この磁场からH_c2の傾きが変わっていることがわかる。この結果はスピン磁化率が常伝导とほぼ同じになると、超伝导状態がより強固になることを表す。図中のイラストは超伝导対のスピンの振舞いを示す。

【用语解説】

*１超伝导：電気抵抗がゼロとなり、完全反磁性を示す状態のこと。

*２スピン：電子の微視的な自由度の一つで、小さな磁石の性質を持つ。一つの電子はs = 1/2の大きさのスピンを持つ。

*３磁化率：物质を磁场中に置いたとき、どれだけ磁石の性质を有したかを示す指标。

*４常伝导：超伝导転移を起こす前の金属状態。

【论文情报】

タイトル：Intimate relationship between spin configuration in the triplet pair and superconductivity in UTe₂
(UTe₂における三重項超伝导対のスピン配置と超伝导との密接な相関)
着　　者：H. Matsumura, Y.Takahashi, R. Matsubayashi, K. Kinjo, S. Kitagawa, K. Ishida, Y. Tokunaga,
Sakai, S. Kambe, M. Kimata, A. Nakamura, Y. Shimizu, Y. Homma, D. Li, F. Honda, A. Miyake,
Aoki, T. Furukawa and T. Sasaki
掲 載 誌：Physical Review B
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

东北大学金属材料研究所　情报企画室広报班
贰-尘补颈濒：辫谤别蝉蝉.颈尘谤*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）