[2024年10月11日] 鉄系超伝導体における「第4の超伝導状態」の特異な超伝導特性とその不安定性を解明

超伝導状態ではフェルミ面が不安定になり、このフェルミ面が完全に消失する場合や、点もしくは線状の部分のみを残して消失する場合が知られていました。 しかし、近年鉄系超伝導体の一種であるFeSe_1-xS_xでは、超伝導状態においてフェルミ面が面状に残る「第4の超伝導状態」の可能性が指摘されており、大きな注目を集めています。 本研究ではFeSe_1-xS_xにおいて、磁場侵入長の精密測定により、第4の超伝導状態に特有の磁気的性質を観測しました。 また電子線照射により、その欠陥に対する不安定性を明らかにしました。 この結果は大学院生である永島さんと助教の石原さんらが中心になって行った成果であり、東北大学およびフランスのエコール・ポリテクニークとの共同研究です。
本成果はPhysical Review Letters誌にオンライン掲載されました。 詳しくはニューリリースをご覧ください。

[2024年3月14日] 欠陥によって誘起されるマヨラナ粒子の局在状態を観測

これまで、磁性絶縁体α-RuCl₃において、本研究チームの報告を始めとして、マヨラナ粒子が存在する証拠が得られています。 しかし、現実の物質中においては、どんなにきれいな試料においても必ず不純物や欠陥が存在するため、それらがマヨラナ粒子に与える影響を明らかにすることが求められていました。 今回、高エネルギーの電子線を照射することにより人工的に導入した欠陥がマヨラナ粒子の局在状態を誘起し、マヨラナ粒子の数が変化することを観測しました。 このことにより、物質中のマヨラナ粒子の不純物に対する安定性が明らかになると考えられます。 マヨラナ粒子は磁場下において、非可換エニオンという特殊な粒子になり、トポロジカル量子コンピューターに応用可能と考えられています。 そのため、本研究成果は物質中における非可換エニオンを用いたトポロジカル量子コンピューター実現の可能性を広げると期待されます。 この結果は大学院生である今村さんらが中心になって行った成果であり、京都大学、学習院大学、東京工業大学およびフランスのエコール・ポリテクニークとの共同研究です。
本成果はPhysical Review X誌に掲載されました。 詳しくはニュースリリースをご覧ください。

[2024年3月14日] 磁性絶縁体におけるマヨラナ粒子の決定的証拠

これまで、磁性絶縁体α-RuCl₃において、半整数熱量子ホール効果が観測され、マヨラナ粒子が存在する可能性が示唆されていました。 しかし、この熱ホール効果は試料ごとに異なる結果を示すことや、異なる解釈を提案するグループも現れたことから大きな論争となり、別の観点から決定的な証拠を得ることが最重要課題となっていました。 今回、磁場をある特定の方向に向けるとマヨラナ粒子固有の特別な状態が実現することを明らかにしました。 これは、マヨラナ粒子の存在に関する決定的な証拠といえます。 さらに、磁場中でのマヨラナ粒子は、非可換エニオンという新奇な粒子を形成し得ることが分かっています。 この非可換エニオンは、トポロジカル量子コンピューターを実現するうえでのワイルドカードになると期待されている粒子です。 本研究成果は、このα-RuCl₃がトポロジカル量子コンピューターを実現する有力候補となり得ることを示すのみならず、物質中における非可換エニオンの理解への大きな進展が期待されます。 この結果は大学院生である今村さんらが中心になって行った成果であり、京都大学、東北大学、東京工業大学および韓国のKAISTとの共同研究です。
本成果はScience Advances誌に掲載されました。 詳しくはニュースリリースをご覧ください。

[2023年5月23日] ウラン化合物におけるカイラリティを持つ超伝導状態を解明

UTe₂は2019年に超伝導状態を示すことが報告された比較的新しいウラン系超伝導体であり、これまでに異常な超伝導特性が多く報告されているものの、その超伝導状態は未解明でした。 この研究では、磁場を様々な方向に印加したときの違いを調べるという新しい手法によりUTe₂における超伝導状態の解明を試みました。 その結果、UTe₂では電子対が「右回り」または「左回り」といったカイラリティを有するカイラル超伝導状態を実現していることがわかりました。 カイラル超伝導状態は従来基礎物理学的な観点から研究されてきましたが、近年ではトポロジカル量子計算への応用も期待されています。 今回の成果は、多くの異常な超伝導特性を示すUTe₂の超伝導状態を明らかにしただけではなく、量子計算技術への応用的な研究も促進することが期待されます。 この結果は、助教である石原さんらが中心になって行った成果であり、東北大学、日本原子力研究開発機構との共同研究です。 本成果はNature Communications誌に掲載されました。 詳しくはニュースリリースをご覧ください。

[2023年2月14日] カゴメ格子をもつ超伝導体CsV₃Sb₅において不純物効果を利用して超伝導ギャップ構造を検証

近年発見された超伝導体であるCsV₃Sb₅では、カゴメ格子とよばれる興味深い結晶構造に起因する多様な物性が注目を集めています。 この研究では、超伝導状態における超伝導ギャップ構造の対称性を検証するため、系統的に非磁性不純物を導入した試料で磁場侵入長などを測定しました。 その結果、CsV₃Sb₅では非従来型にも関わらず不純物導入に対して変化しにくい超伝導状態が存在していることが示され、符号反転のないs波のギャップ構造が示唆されました。 超伝導ギャップの対称性は超伝導のメカニズムを解明する上で非常に重要であり、これまで複数の可能性が示されている中で議論の進展が期待できます。 この結果は、大学院生である六本木さんらが中心になって行った成果であり、物性研究所、フランスのエコール・ポリテクニークおよび米国カリフォルニア大学サンタバーバラ校との共同研究です。 本成果はNature Communications誌に掲載されました。 詳しくはニュースリリースをご覧ください。

[2022年5月9日] 鉄系超伝導体Fe(Se,Te)において量子液晶の量子臨界点で超伝導転移温度が上昇することを解明

代表的な非従来型超伝導体である鉄系超伝導体では、電子ネマティック状態とよばれる量子液晶状態と超伝導メカニズムとの関係が注目されています。 しかしながら、多くの鉄系超伝導体ではこの状態が磁気秩序を伴って現れるため、純粋なネマティック状態の研究は限られていました。 この研究では、例外的に磁気秩序をもたない系であるFeSe_1-xTe_xを系統的に合成し、弾性抵抗測定によりネマティック状態の性質を探索しました。 その結果、ある置換量においてネマティック秩序に起因する量子臨界点が存在し、これに対応して超伝導転移温度がドーム状に上昇することを明らかにしました。 この結果は、当時大学院生であった石田さんらが中心になって行った成果であり、米国科学アカデミー紀要に掲載されました。 詳しくはニュースリリースをご覧ください。

[2022年2月1日] キタエフ量子スピン液体の候補物質α-RuCl₃において物質内部でのマヨラナ粒子の性質を解明

キタエフ模型とよばれる量子スピン模型では、粒子と反粒子が同一であるマヨラナ粒子の存在が理論的に示されおり、これを実現する物質が探索されています。 候補物質の一つである蜂の巣格子をもつ磁性絶縁体α-RuCl₃では、これまでエッジ状態におけるマヨラナ粒子のふるまいが報告されていましたが、物質内部のバルク状態の性質は明らかになっていませんでした。 この研究では磁場中で精密な比熱測定を行い、比熱の磁場方向依存性がキタエフ模型の理論的な予測と非常によく一致することを明らかにしました。 この結果は、当時大学院生であった田中さんらが中心になって行った成果であり、東京工業大学、大阪大学、京都大学、韓国科学技術院との共同研究です。 本成果はNature Physics誌に掲載されました。 詳しくはニュースリリースをご覧ください。

[2021年12月10日] ハーフホイスラー超伝導体LuPdBiにおいてスピン七重項を含むクーパー対状態を発見

ハーフホイスラー超伝導体LuPdBiにおいて、磁場侵入長などの測定により、これまでの枠組みを超えたスピン七重項状態と一重項状態が混成したスピン構造をもつクーパー対が実現していることを明らかにしました。 この結果は、当時大学院生であった石原さん(2022年度より助教)らが中心になって行った成果であり、物性研究所、フランスのエコールポリテクニーク、ポーランド科学アカデミーとの共同研究です。 本成果はPhysical Review X誌に掲載されました。 詳しくはニュースリリースをご覧ください。

[2021年3月17日] 完全二次元カゴメ格子をもつ配位高分子で実現する新奇な超伝導状態を発見

完全な二次元カゴメ格子をもつ配位高分子において、種々の超伝導特性を測定することで、新奇な超伝導状態が実現していることを明らかにしました。この結果は、当時大学院生であった竹中さん(現NTT物性科学基礎研究所)や現在博士課程に在籍中の石原さんが中心になって行った成果であり、東大物性研究所、東北大学、中国科学院との共同研究であり、Science Advances誌に掲載されました。 詳しくはニュースリリースをご覧ください。

[2021年1月15日] 量子液晶と関係した新しい超伝導状態を発見

鉄系超伝導体のセレン化鉄において、元素(テルル)置換量を系統的に変化させて圧力実験を行った結果、この物質では量子液晶状態と密接に関係した超伝導が現れることを発見しました。この結果は、現在博士課程に在籍中の向笠さんが物性研究所の上床研究室のキュービックアンビルセルを用いて行った実験による成果で、高エネルギー加速器研究機構との共同研究です。Nature Communications誌に掲載されました。 詳しくはニュースリリースをご覧ください。

[2019年7月2日] 近藤絶縁体YbB₁₂において電荷を持たない中性フェルミオンを観測

近藤絶縁体であるYbB₁₂において、電荷を持たない中性フェルミオンの存在を明らかにしました。YbB₁₂は電気を流さない絶縁体であるにも関わらず、金属状態と似た熱伝導率と比熱を示すことが分かりました。 本研究成果は京都大学、茨城大学、米国ミシガン大学、米国ロスアラモス国立研究所との研究成果で、博士課程の田中さんと、水上助教が寄与を果たし、Nature Physics誌に掲載されました。 詳しくはニュースリリースをご覧ください。

[2018年7月12日] 蜂の巣格子を持つ磁性絶縁体α-RuCl₃においてマヨラナ粒子の存在を検証

蜂の巣格子を持つ磁性絶縁体であるα-RuCl₃において、マヨラナ粒子の存在を示しました。粒子と反粒子が同一である「マヨラナ粒子」は近年様々な系において探索されております。 本研究においては、キタエフ模型と呼ばれる量子スピン模型の候補物質であるα-RuCl₃において、磁場中で熱ホール電導度が量子化されることを観測することで、マヨラナ粒子の存在を示しました。 本研究は、京都大学、東京工業大学との共同研究で、Nature誌に掲載されました。 本研究には、水上助教と大学院生の田中さんが寄与を果たしました。詳しくはニュースリリースをご覧ください。

[2018年7月13日] ファンデルワールス型超伝導体NaSn₂As₂の超伝導対称性を決定

2017年に新たに発見されたNaSn₂As₂という超伝導体において低エネルギーの準粒子励起に敏感な測定である磁場侵入長測定を40 mKの極低温まで行った結果、超伝導ギャップ構造にノードを持たないフルギャップ超伝導であることを明らかにしました。 この結果は大学院生の石原さんが中心となって行った実験による成果で、首都大学東京、大阪大学、仏エコール・ポリテクニークとの共同研究です。 本成果はPhys. Rev. B誌に掲載されました。

[2017年10月26日] 物理的圧力と化学的圧力の組み合わせによる新しい高温超伝導相の発見

鉄系超伝導体のセレン化鉄において、物理的圧力と化学的圧力の組み合わせにより、新しい高温超伝導相を発見しました。 この結果は大学院生の松浦さんらが物性研の上床研究室のキュービックアンビルセルを用いて行った実験による成果で、量子科学技術研究開発機構、日本原子力研究開発機構、京都大学等との共同研究です。 Nature Communications誌に掲載されました。詳しくはニュースリリースをご覧ください。

11月17日付の科学新聞2面に紹介記事が掲載されました。

[2017年8月15日] レアアース化合物における新奇な超伝導機構の解明

レアアース超伝導体CeCu2Si2において、超伝導秩序パラメータに符号変化がないことを明らかにし、磁気揺らぎ以外の新しい超伝導機構の存在を明らかにしました。 この結果は大学院生の竹中さんによる成果で、京都大学、英ブリストル大学、仏エコール・ポリテクニーク、独マックスプランク研究所との共同研究です。 Physical Review Letters誌に掲載され、Editors' Suggestionに選出されました。詳しくはニュースリリースをご覧ください。

[2017年6月23日] 38年を経て明らかになった非従来型超伝導の「先駆け」物質の電子状態

重い電子系超伝導体CeCu2Si2の超伝導対称性が長年信じられてきたd波ではなくs波であることを明らかにしました。 この結果は京都大学、物性研究所、英ブリストル大学、仏エコール・ポリテクニーク、独マックスプランク研究所との共同研究で、竹中さんが大きな寄与を果たし、Science Advances誌に掲載されました。 詳しくはニュースリリースをご覧ください。