研究成果

マイナス金属イオンを含む酸化物で超伝導を発見 -逆ペロブスカイト酸化物初の超伝導体-


2016年12月13日


     オーダ・モハメッド 理学研究科博士課程学生、前野悦輝 同教授、米澤進吾 同助教、池田敦俊 同修士課程学生、ハウスマン・ヤン・ニクラス 修士課程学生(フンボルト大学ベルリン留学生)、佐藤昌利 基礎物理学研究所教授、小林伸吾 名古屋大学特任助教、福元敏之 同博士課程学生らの研究グループは、マイナス金属イオンと酸素を含む化合物である「逆ペロブスカイト酸化物」において超伝導を発見しました。逆ペロブスカイト酸化物での超伝導の発見は初めてであり、珍しいマイナス金属イオンを含む酸化物の性質を調べる口火を切ると期待できます。

     本研究成果は、2016年12月12日午後7時に英国の学術誌「Nature Communications」に掲載されました。

    研究者からのコメント

    左から、オーダ博士課程学生、池田修士課程学生、ハウスマン修士課程学生、米澤助教、前野教授

     過去にはペロブスカイト酸化物での超伝導発見が、その後の高温超伝導体の発見や超巨大磁気抵抗物質の研究などへの波及の基礎となりました。本研究では、逆ペロブスカイト酸化物での初の超伝導を発見できました。今後はマイナス金属イオンが物質中でどのように働いているのか、また超伝導状態のトポロジーは実際どうなっているのかなどを詳しく調べる必要があります。本成果を契機に、逆ペロブスカイト酸化物が注目され、他にも超伝導体があるのか、また他の面白い性質を示す物質があるのかなどを求めて、関連の研究が加速されると大いに期待しています。

    概要

     超伝導とは、電気抵抗が完全にゼロになる現象です。超伝導体で電線を作れば、エネルギーを損なうことなく大きな電流を流せます。このため、磁気共鳴イメージング(MRI)装置、粒子加速器、またリニアモーターカーなど、小型で強力な電磁石が必要な用途には超伝導は欠かせません。

     さて、「ペロブスカイト酸化物」は、ABO3(Oは酸素)という単純な組成式で表されます。ABとして実に多様な元素を使って合成が可能で、地球内部における主要な組成である MgSiO3をはじめ、非常に一般的な物質群です。酸化物で初めての超伝導が発見されたのも、このペロブスカイト酸化物でした。また、磁場をかけると電気抵抗が大きく変化する超巨大磁気抵抗物質など、数々の面白い性質を示す物質が存在します。一方、その「鏡写し」といえる「逆ペロブスカイト酸化物」については、ほとんど研究されてきませんでした。ここでいう「鏡写し」という比喩は、ペロブスカイト酸化物の中でイオンが帯びている電気の正負と、逆ペロブスカイト酸化物での正負が逆転しているという意味です。

     そこで本研究グループは、逆ペロブスカイト酸化物の一つであるSr3-xSnOという物質を合成し、その超伝導を発見しました。組成式の中の3-xは、Srの一部が不足していることを示しています。この物質は空気中に取り出すとすぐに分解してしまうので、実験の多くはアルゴンガス中や真空中で行いました。

     また、超伝導の特徴であるゼロ抵抗、磁束をはじこうとするマイスナー効果を観測しました。これは逆ペロブスカイト酸化物で初めて発見された超伝導です。さらに、逆ペロブスカイト酸化物には、2016年のノーベル物理学賞を受賞した「トポロジー」という性質がかかわっていると予言されています。本研究では、今回発見の超伝導体がトポロジカル超伝導体である可能性も理論解析に基づいて提案しました。

    図:左は通常のペロブスカイト酸化物SrSnO3。右はマイナス金属イオンSn4– を含む逆ペロブスカイト酸化物SnOSr3(Sr3SnOとも書ける)で、本研究で超伝導を発見した。

    詳しい研究内容について

    書誌情報

    【DOI】 http://dx.doi.org/10.1038/ncomms13617

    【KURENAIアクセスURL】 http://hdl.handle.net/2433/217595

    Mohamed Oudah, Atsutoshi Ikeda, Jan Niklas Hausmann, Shingo Yonezawa, Toshiyuki Fukumoto, Shingo Kobayashi, Masatoshi Sato & Yoshiteru Maeno. (2016). Superconductivity in the antiperovskite Dirac-metal oxide Sr3−xSnO. Nature Communications, 7:13617.

    • 京都新聞(12月13日 27面)に掲載されました。

    マイナス金属イオンを含む酸化物で超伝導を発見 -逆ペロブスカイト酸化物初の超伝導体-
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