50テスラ超强磁场まで维持される2次元超伝导状态を発见 対称性の破れによって発现した新奇超伝导
惭辞厂2电界诱起超伝导において面直方向に固定された电子対
対をなした電子は、面内の対称性の破れに起因する約200テスラの内部有効磁場によって、層に垂直な方向に固定されているため、層に平行な方向の外部磁場（約50 テスラ）を加えてもその超伝导状態は維持される（下図）。波数空間での電子対の様子を示したもの。結晶構造の対称性から六角形の波数領域で電子対をなす（上図）。
© 2015 斎藤 優
東京大学大学院工学系研究科の岩佐義宏 教授（理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発デバイス研究チーム チームリーダー）、同研究科の斎藤優大学院生らの研究グループは、50テスラ超、という市販のネオジウム磁石の100倍以上強い磁場の中におかれても超伝导状態を保つことのできる2次元構造を発見しました。本成果は、超伝导の新たな分野を切り開く礎となるだけでなく、磁場中で極めて安定な超伝导体を作製する指針となることが期待されます。
超伝导は电気抵抗がゼロになる现象で、消费电力を発生することなく电気を流すことができるため、省エネルギーにつながる次世代の技术として期待され、基础及び応用的な面から世界中で研究されています。多くの超伝导体では、共通して、スピンが逆方向に向いた2つの电子が対をなす状态が形成されます。そのため、ある大きさ以上の磁场を加えて、スピンを同方向へ整列させようとする力が働くと超伝导が不安定になり、壊れてしまう原因となります。强磁场の中でも安定な超伝导体を设计して製作することは、学术的な中心的课题の一つであり、かつ材料开発における世界的な急务となっています。この课题を克服する候补物质として原子层程度まで厚みを减らした2次元超伝导体が注目されており、実际に様々な形态の2次元超伝导の研究が世界中で盛んに行われています。
本研究グループは、原子膜材料の一种である层状物质?二硫化モリブデン(惭辞厂2)の高品質な単結晶を用いて、原子層1層分の厚さの、極めて薄い、究極の2次元超伝导を人工的に実現しました。この極薄の2次元超伝导体の磁場への耐久性を調べるために、物性研究所?国際超强磁场科学研究施設で約55テスラの超强磁场中における超伝导転移現象を、電気抵抗を測定することにより調べました。その結果、極低温領域の1.5 ケルビン（--271.7度）では、超伝导が維持できる磁場の最大値は約52テスラまで上昇することを発見しました。
研究グループは、さらに、精密な理论计算を行った结果、この超伝导体では电子対のスピンが、层に垂直な方向に极めて强く固定されているために、强磁场中でも超伝导状态が保たれることを突き止めました。これは世界的にも前例にない特殊な超伝导状态が惭辞厂2薄膜で実现していることを示しています。
「反転対称性が破れた原子层1层分の厚さの2次元超伝导体では、面に平行な外部磁场に対して极めて耐久性の高い特殊な超伝导が実现されることが分かりました。今后、この原子层超伝导の特异な超伝导物性や电子対形成机构が明らかになることが见込まれます。」と岩佐教授は话します。
本研究成果は、英国科学雑誌『Nature Physics』（平成27年12月7日オンライン速报版）にて公开されました。
论文情报
, "Superconductivity protected by spin-valley locking in ion-gated MoS2", Nature Physics: 2015/12/08 (Japan time), doi:10.1038/nphys3580.
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