2021年03月19日

東北大など、超伝導の疎と密のクロスオーバーを実現

【カテゴリー】：ファインケミカル 【関連企業・団体】：東北大学

東京大学 大学院 工学系研究科の岩佐義宏教授、東北大学金属材料研究所の野島勉准教授らの研究グループは19日、層状窒化物・塩化窒化ジルコニウム（ZrNCl）2次元結晶の超伝導状態を、イオンゲート法によって電子密度制御し、通常の超伝導体が属する、電子が高密度の極限から、低密度極限への移り変わり（クロスオーバー）を実現したと発表した。 電気抵抗がゼロになることで知られる超伝導は、物質中の電子が対を組むことで引き起こされる。通常は、電子が高密度に存在し、電子対が無数に重なり合った状態にある。一方で、電子の密度が小さく電子対の重なりがない場合、超伝導は異なる機構で生じると考えられている。これら2種の超伝導の間の移り変わりを1つの物質で実現することは、これまでになかった。 今回研究では、ZrNClの電子数を精密に制御することで、電子密度を減らし、クロスオーバー領域に到達したことを実証した。 電子が高密度な領域では、電子は対を作ると同時に超伝導になる。ところが、電子密度を小さくするにつれ、電子が対を形成しても超伝導にならない状態が見られる。今回、より温度を冷却して初めて抵抗がゼロの超伝導に転移することが明らかになった。 このように、密度を極限まで小さくすると超伝導の様相が大きく変化することは、超伝導に普遍的な現象であると考えられる。これらの研究成果は、電子をはじめとするフェルミ粒子の集合体の本質的な性質を解明したもので、より高い転移温度を持つ超伝導体を探求するための礎となることが期待される。 同研究成果は、米国科学雑誌「Science」（3月18日付）に掲載された。 ニュースリリース参照 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/03/press20210319-01-cross.html