抖阴旅行射

【要点】

• 超高真空、极低温环境においてセレン化ニオブ単层膜の超伝导を観察
• 弱磁场中では超伝导ではなく、揺らぎにより生じる特殊な金属相を観测
• 超微细超伝导体を用いた量子计算デバイスへの影响を示唆

【概要】

東京工業大学 理学院 物理学系の一ノ倉聖助教、東京大学 大学院理学系研究科の長谷川修司教授、高山あかり助教(現 早稲田大学講師)、東北大学の高橋隆客員教授、菅原克明准教授らの研究グループは、2次元超伝導体（用語1）であるセレン化ニオブ（NbSe2）単層膜の電気抵抗を超高真空中で測定し、弱磁場中では超伝導のゼロ抵抗状態が壊され、特殊な金属相となることを明らかにした。2次元超伝導体の一般的性質の解明として学術的な価値があるだけではなく、将来、実現されるであろう微細な2次元超伝導体を用いた量子（用語2）計算デバイスに弱磁場が与える影響を示した重要な研究成果といえる。

2次元超伝导体に极低温で磁场を印加していくと超伝导から絶縁体への「量子相転移」（用语3）を示すことが従来から知られていた。近年の薄膜作製技术の発达により実现した、原子レベルに薄く结晶性の良い2次元超伝导体は量子计算への応用が期待されるが、この量子相転移がさらに复雑化することが指摘されており、特に弱磁场领域の状态について统一的な见解には至っていなかった。そこで本研究では代表的な2次元超伝导体である狈产厂别2単层膜を作製し、磁场による影响を详细に调べた。その结果、超伝导－絶縁体の量子相転移中に、理论的に提案されていた「ボーズ金属相」（用语4）によく一致する状态を発见した。

研究成果は6月5日に米国物理学会誌「Physical Review （フィジカルレビュー）B」にオンライン掲載され、さらにEditor's suggestion（注目論文）として選出された。

図1. 超高真空中で行う4端子電気抵抗測定（左）と分子線エピタキシー法で作製したセレン化ニオブ単層膜（右）の模式図

【用语解説】

（１）2次元超伝导体：非常に薄い膜として作られた超伝导体で、超伝导を担う电子対（クーパー対）の空间的広がりよりも厚みが小さい。

（２）量子：ミクロスケールにおいて电子などは「量子」と呼ばれ、量子力学的な原理に従って「量子状态」をとる。物质が超伝导となると、电子はクーパー対となって同一の量子状态をとる。

（３）量子相転移：絶対零度において，磁场などの外部制御変数の変化によって量子系の基底状态が起こす相転移のことをいう。有限の动的临界指数によって特徴づけられる。

（４）ボーズ金属相（ボーズ金属状态）：通常の超伝导状态では位相が结晶全体にわたって揃っているため电気抵抗がゼロとなる。転移温度近傍では热揺らぎによって位相が扰乱されるため仅かに抵抗が生じることはよく知られていた。ボーズ金属状态では、弱磁场によって位相の揺らぎが诱起されるために有限の电気抵抗が生じている。

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