空間反転対称性を持たない超伝導体Li2(Pd1-xPtx)3Bにおけるフォノン異常と異方的超伝導ギャップ

超伝導の基礎理論としてよく知られるBCS理論は、パリティが保存されることを前提とした理論体系です。 一方で空間反転対称性を持たない結晶中では、反対称スピン軌道相互作用が有限となるためパリティが保存されず、これに伴うパリティ混合が起こります。 このような状況下で起こる超伝導は一般に「スピン一重項-三重項混合状態」として理解され、様々な新奇現象が起こる舞台として大きな注目を浴びています。 超伝導体Li2Pt3Bは、磁場侵入長測定(2006年)およびNMR Knight shift測定(2007年)より、スピン三重項状態が支配的な状態の実現が指摘された物質です[1,2]。 さらに最近のNMRおよび第一原理計算より、今回の対象物質であるLi2(Pd1-xPtx)3Bにおいて、x = 0.9近傍で起こる反対称スピン軌道相互作用の急激な増大に伴ってスピン三重項状態が支配的になることが指摘されました[3]。

本研究で我々は、岡山大学の鄭・稲田研究室との共同研究でLi2(Pd1-xPtx)3Bの比熱のx依存性を詳細に調べ、xの増加に伴い従来の理論では説明できない格子比熱の異常が発達することを初めて指摘しました(図(a))。 さらに異方的な超伝導ギャップが、この比熱の異常が大きい試料で起こっていることを明らかにしました(図(b))。 これらの結果は、フォノン異常が超伝導ギャップ形状の変化に密接に関わっていることを示唆します。 本成果によりLi2(Pd1-xPtx)3Bは、電子相関が弱い状況であっても新奇な超伝導状態が実現する非常に珍しい例であることが明確に確認されました。 また今回のフォノン異常の発見は、超伝導を引き起こす有効電子間引力相互作用の起源を考える上で重要な手掛かりを与えると考えられ、今後の研究発展が期待されます。 本成果はPhysical Review B誌にRapid Communicationとして掲載されています。

2013年4月のTopics Li2(Pd1-xPtx)3Bの図
図1 : (a)Li2(Pd1-xPtx)3Bの交流磁化率(上)および比熱(下)のx依存性。(b)Li2(Pd1-xPtx)3Bの電子比熱のx依存性.低温の電子比熱の振舞の変化が超伝導ギャップ対称性の変化を反映する。

[1] H. Q. Yuan et al., Phys. Rev. Lett. 97, 017006 (2006).
[2] M. Nishiyama et al., Phys. Rev. Lett. 98, 047002 (2007).
[3] S. Harada et al., Phys. Rev. B 86, 220502(R) (2012).

論文情報

G. Eguchi, D. C. Peets, M. Kriener, S. Yonezawa, G. Bao, S. Harada, Y. Inada, G.-q. Zheng, and Y. Maeno
Physical Review B 87 161203(R) Apr. 2013