Study of novel superconducting state with broken time-reversal symmetry

超伝導状態は、(1)フルギャップ超伝導、(2)ポイントノード超伝導、(3)ラインノード超伝導の、3つのクラスの超伝導ギャップを持つ状態に分類される。しかし近年、時間反転対称性を破る超伝導状態では、面状(2次元)でギャップがゼロとなる「ウルトラノーダル」超伝導が存在し得ることが理論的に示唆された。本研究では、申請者らによって最近見出された有力候補物質Fe(Se,S)およびその関連物質に焦点を当て、第4の超伝導状態ともいえる新奇ウルトラノーダル超伝導状態の解明を目的としている。2022年度では、この新奇超伝導状態の必須条件となる時間反転対称性の破れについて、以前から行っていたミューオンスピン緩和実験データを取りまとめ、詳細な解析を進めて論文の形にまとめ上げた。さらに、時間反転対称性の破れの検証の別の手法として、円偏光マイクロ波共振器の測定系の準備を進めている。現在までにネットワークアナライザを用いた測定システムを立ち上げ、銅キャビティによる磁性体を用いた試験的な測定を行い、動作確認を終えている。今後は、誘電体を導入した高Q値化を図り、超伝導体における時間反転対称性の破れの検出を目指す。また、東京大学物性研究所との共同研究により明らかとなった、角度分解光電子分光によるボゴリューボフフェルミ面の観測に成功し、その結果Fe(Se,S)の正方晶相の試料において、常伝導状態では４回回転対称性を持つが、超伝導状態で２回回転対称性を示すことが明らかとなった。この結果を受けて、ベクトルマグネットを用いた磁場中輸送現象の測定を面内回転磁場中で行い、実際に上部臨界磁場が２回回転対称性を示すことを明らかにした。この結果は光電子分光の結果をサポートし、２回対称のボゴリューボフフェルミ面を持つウルトラノーダル超伝導が起きていることを示唆する。

超伝導状態は、(1)フルギャップ超伝導、(2)ポイントノード超伝導、(3)ラインノード超伝導の、3つのクラスの超伝導ギャップを持つ状態に分類される。しかし近年、時間反転対称性を破る超伝導状態では、面状(2次元)でギャップがゼロとなる「ウルトラノーダル」超伝導が存在し得ることが理論的に示唆された。本研究では、申請者らによって最近見出された有力候補物質Fe(Se,S)およびその関連物質に焦点を当て、第4の超伝導状態ともいえる新奇ウルトラノーダル超伝導状態の解明を目的としている。2022年度では、この新奇超伝導状態の必須条件となる時間反転対称性の破れについて、以前から行っていたミューオンスピン緩和実験データを取りまとめ、詳細な解析を進めて論文の形にまとめ上げた。さらに、時間反転対称性の破れの検証の別の手法として、円偏光マイクロ波共振器の測定系の準備を進めている。現在までにネットワークアナライザを用いた測定システムを立ち上げ、銅キャビティによる磁性体を用いた試験的な測定を行い、動作確認を終えている。今後は、誘電体を導入した高Q値化を図り、超伝導体における時間反転対称性の破れの検出を目指す。また、東京大学物性研究所との共同研究により明らかとなった、角度分解光電子分光によるボゴリューボフフェルミ面の観測に成功し、その結果Fe(Se,S)の正方晶相の試料において、常伝導状態では４回回転対称性を持つが、超伝導状態で２回回転対称性を示すことが明らかとなった。この結果を受けて、ベクトルマグネットを用いた磁場中輸送現象の測定を面内回転磁場中で行い、実際に上部臨界磁場が２回回転対称性を示すことを明らかにした。この結果は光電子分光の結果をサポートし、２回対称のボゴリューボフフェルミ面を持つウルトラノーダル超伝導が起きていることを示唆する。