人工超格子によるらせん型超伝導状態の創出とその検出に成功―有限運動量の電子対を持つ超伝導―

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 浅場智也 理学研究科特定准教授、成塚政裕 同博士課程学生(研究当時)、淺枝寛人 同修士課程学生(研究当時)、小菅優揮 同修士課程学生(研究当時)、池森駿 同修士課程学生、末次祥大 同助教、笠原裕一 同准教授(現:九州大学教授)、幸坂祐生 同教授、寺嶋孝仁 同教授、大同暁人 同助教、柳瀬陽一 同教授、松田祐司 同教授の研究グループは、3種類の希土類化合物を積層構造させた三色人工超格子においてらせん型超伝導状態が実現している証拠を発見しました。

 超伝導は電子が対を組むことによって生じますが、通常の超伝導体では電子対の重心運動量はゼロとなっています。これに対し、らせん型超伝導は電子対が有限運動量を持つ特殊な状態です。しかし、その直接的な証拠はこれまで見つかっていませんでした。本研究グループは、らせん型超伝導状態を実現・観測するために、希土類化合物を原子数層ずつ積層させた人工超格子構造を作製し、非相反伝導と呼ばれる現象を調べました。その結果、低温・高磁場領域において、超伝導電子対が有限の運動量を持った状態が起こっている直接的な証拠を発見しました。本研究は、これまで自然界に存在することが知られていなかった新しい超伝導状態を人工的に作り出し、さらにその検出にも成功したという大きな意義を持つことから、今後の新しい超伝導状態の発見につながるものです。

 本研究成果は、2024年5月8日に、国際学術誌「Nature Communications」に掲載されました。

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人工超格子で創出する、運動量を持つ超伝導電子対
研究者のコメント

「本研究で扱った希土類超格子は、世界でも本研究グループ以外には報告例がない、最先端の技術が駆使された試料です。しかし、そのような試料を使っても、らせん型超伝導状態のような特殊な状態の観測は難航していました。そんな難しい状況が、理論的な提案によって一気に進行したのは印象的で、実験と理論の協力が研究の発展には欠かせないのだと改めて感じさせられます。」(浅場智也)