磁場を味方にするウラン超伝導の機構を解明~自らを柔軟に変化させ、耐えられる磁場の限界を2倍に~

2025-09-25 日本原子力研究開発機構,東北大学,京都大学

日本原子力研究開発機構・東北大学・京都大学の研究チームは、ウランテルル化物(UTe₂)のスピン三重項超伝導が強磁場下で自ら状態を変化させ、従来予測の約2倍にあたる12テスラまで超伝導を維持できることを解明した。従来の超伝導は磁場に弱く、MRIや加速器用の超伝導磁石では限界が課題だったが、本研究でUTe₂は磁場中でスピン状態を柔軟に変え、新しい超伝導状態へ移行することが判明。これにより高磁場でも安定した超伝導が可能になる。成果はPhysical Review Lettersに掲載され、次世代MRIや小型高性能加速器用磁石などの開発に指針を与えると期待される。

磁場を味方にするウラン超伝導の機構を解明~自らを柔軟に変化させ、耐えられる磁場の限界を2倍に~
スピン三重項超伝導の概念図。中央の矢印は磁場の方向と強さを表す。磁場中で超伝導はその状態を柔軟に変え、より強い磁場に適応した新しい状態へ自ら移行する

<関連情報>

スピン三重項超伝導体UTe2の秩序パラメータの自己再構築 Self-Reconstruction of Order Parameter in Spin-Triplet Superconductor UTe2

Y. Tokiwa, P. Opletal, H. Sakai, K. Kubo, S. Kambe, E. Yamamoto, M. Kimata, S. Awaji, T. Sasaki et al.
Physical Review Letters  Published: 24 September, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/z8yx-yzdh

Abstract

We investigate the effect of easy-axis metamagnetic crossover on superconductivity in UTe2 along the axis through measurements of ac susceptibility, magnetization, and the magnetocaloric effect. In ultraclean single crystals, we identify a field-induced phase transition within the superconducting state at 5.6 T, driven by metamagnetism. This transition leads to a high-field superconducting state, significantly increasing the upper critical field to 12 T. A sudden increase in entropy at the transition suggests a self-reconstruction of the order parameter, enabling multicomponent superconducting states to adapt to external perturbations.

1701物理及び化学
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