東大、電子の形の量子揺らぎを媒介とした新しい超伝導を発見

東京大学は12月11日、電子の形の量子揺らぎを媒介とした新しい超伝導を発見したと発表した。

同成果は、同大 物性研究所の松本洋介 助教、中辻知 准教授、同大大学院 新領域創成科学研究科博士課程の辻本真規 大学院生、東大物性研究所 新物質科学研究部門の冨田崇弘 特任研究員、アウグスブルグ大学 日本学術振興会海外特別研究員で東大物性研究所 新物質科学研究部門 元博士課程学生の酒井明人氏らによるもの。詳細は、米物理学会学術誌「Physical　Review　Letters」のオンライン版に掲載される予定。

超伝導とは、低温で電子がクーパー対と呼ばれる対を形成することで金属の電気抵抗がゼロになる現象で、工業的な応用の観点からも重要視され、これまで盛んに研究されてきた。この電子同士がクーパー対を形成するためには、電子同士を引きつける力が必要である。この引きつける力の起源として、これまで格子振動が考えられてきた。しかし、近年の研究から、銅酸化物高温超伝導体などではスピンと呼ばれる電子が持つ非常に小さな磁石の揺らぎが、電子同士を引きつける力として重要な役割を果たすことが分かっている。

今回、研究グループは、希土類金属間化合物PrV₂Al₂0において、異常な金属状態が実現することを見出した。また、この異常な金属状態は、電子の形を決める電子軌道の量子揺らぎによるものであることが分かった。さらに、この電子の形の揺らぎを媒介とした新しいタイプの超伝導が常圧下(1気圧)ではじめて実現していることを明らかにした。この新たな電子の対形成メカニズムの発見は、超伝導研究の新たなブレークスルーとなる可能性を秘めていると同時に、電子の形(電子軌道)の揺らぎを用いた新たな物質科学研究の方向性を提示する重要な成果であるとコメントしている。