強磁性超伝導体UCoGeの圧力誘起強磁性量子臨界

UCoGeは強磁性の内部で超伝導転移を示す特異な物質です。 我々のグループのこれまでの研究などから,この系ではc軸方向の大きなスピン揺らぎ(強磁性転移に近い状態)が超伝導の発現に欠かせないと考えられています。 また,この物質は圧力をかけると約1 GPa(1万気圧)で強磁性が消失する一方,超伝導は残り,強磁性の消失する圧力付近でやや増強されることが知られています。 そのためこの系の超伝導は強磁性量子臨界点(QCP)によって誘起されている可能性が指摘されていました。

我々はUCoGeの単結晶試料に対して,圧力下で59Co核四重極共鳴(NQR)を行いました。 その結果,圧力で強磁性が消失するのに伴って強磁性揺らぎが大きく発達することが,核スピン―格子緩和率1/T1の測定から初めて明らかとなりました。 この振る舞いは強磁性QCPが近傍に存在することを強く示唆します。 同時に超伝導も発達することから,この系の超伝導は強磁性QCPによって引き起こされているといえます。 反強磁性の場合には,QCPが超伝導を引き起こすとされる系はすでに複数知られていますが(例えば私たちの研究室で指摘した鉄系超伝導体BaFe2(As1-xPx)2),強磁性ではその例が少なく,確証が得られたのは今回が初めてであると考えられます。 また,常圧の強磁性超伝導状態では1/T1が2つの成分を持つことが以前の研究で明らかになっていますが,今回圧力によって強磁性を抑制すると,それが単一の成分となりました。 このことから超伝導で2つの成分が現れるのは,強磁性に起因する特有の現象であるといえ,自己誘導渦糸状態などの新奇な状態の存在が期待されます。

本研究は名古屋大学及び東北大学金属材料研究所との共同研究です。この結果はPhysical Review B誌にRapid Communicationとして掲載されています。preprintはこちら

UCoGeの圧力下NQRによる核スピン―格子緩和率。挿入図は今回の試料の圧力相図を表す。
図: UCoGeのNQRによる核スピン―格子緩和率1/T1の各圧力における温度依存性。挿入図は今回の試料の圧力相図を表す。

論文情報

Masahiro Manago, Shunsaku Kitagawa, Kenji Ishida, Kazuhiko Deguchi, Noriaki K. Sato, and Tomoo Yamamura
Phys. Rev. B 99 020506(R) Jan. 2019