【本学研究者情報】

〇金属材料研究所　教授　青木大
研究室ウェブサイト

〇金属材料研究所　教授　佐々木孝彦
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【概要】

京都大学大学院理学研究科の松村拓輝博士課程学生、高橋侑希同修士課程学生(研究当時)、松林陸同修士課程学生、金城克樹同博士課程学生(現：東北大学多元物質科学研究所助教)、北川俊作同准教授、石田憲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、日本原子力研究開発機構原子力科学研究所先端基礎研究センターの徳永陽研究主席のグループ、東北大学金属材料研究所附属量子エネルギー材料科学国際研究センターの青木大教授のグループ、東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、スピン三重項超伝導体特有の性質を明らかにしました。

超伝導*¹状態は、2つの電子がペアを組むクーパー対と呼ばれる状態の量子力学的な波動状態として理解されます。電子にはスピン*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導体はスピンの自由度をもたないスピン一重項超伝導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導体とよばれ、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導体の観測例は非常に少なく、また超伝導転移温度の低さや極限環境下で見られるなどの理由で、スピン三重項超伝導体の理解は進んできませんでした。

研究グループは、スピン三重項超伝導体UTe₂の純良単結晶において、超伝導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導磁石を使って24テスラまで精密に測定し、超伝導状態のスピン磁化率*³が常伝導*⁴状態の値と同じになると、超伝導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導体では、スピン磁化率が常伝導状態の値になると、超伝導は壊れます。したがって、今回明らかになった振舞いは、スピン三重項超伝導体がもつスピン一重項超伝導にはない性質であり、UTe₂がスピン三重項超伝導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、国際学術誌「Phys. Rev. B」のオンライン版に掲載され、Editors' Suggestionに選出されました。

図1：磁場をc軸に印可した時の超伝導臨界磁場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導状態で減少している。5テスラ以上ではナイトシフトの減少はほとんど見られなくなっているが、この磁場から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導とほぼ同じになると、超伝導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導対のスピンの振舞いを示す。

【用語解説】

*１超伝導：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：物質を磁場中に置いたとき、どれだけ磁石の性質を有したかを示す指標。

*４常伝導：超伝導転移を起こす前の金属状態。

【論文情報】

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導対のスピン配置と超伝導との密接な相関)
著　　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
DOI：10.1103/xr3p-cxbt

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

東北大学金属材料研究所　情報企画室広報班
E-mail：press.imr*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）