京都大学(京大)は4月22日、60年近く前に理論的に予言されていながらも、これまで直接的な証拠が見つかっていなかった空間変調する特殊な「FFLO超伝導状態」を、層状ルテニウム酸化物超伝導体「Sr2RuO4」にて発見したと発表した。

同成果は、京大 理学研究科の金城克樹大学院生、同・真砂全宏大学院生(現・島根大学 総合理工学部 助教)、同・毛志強博士研究員(現・ペンシルベニア州立大教授)、同・北川俊作助教、同・米澤進吾准教授、同・前野悦輝教授(現・京大 高等研究院 豊田理研‐京大連携拠点 教授)、同・石田憲二教授らの研究チームによるもの。詳細は、米科学誌「Science」に掲載された。

110年以上前に発見された超伝導は、1950年代後半に登場したBCS理論によって関連現象が説明され、現在でも標準理論とされている。同理論では2つの電子で作られる対状態は、スピンや運動量を持たないことが仮定されている(BCS超伝導状態)が、1960年代半ばに2つの電子の運動量がゼロでないとするFFLO超伝導状態が、独立した2つの研究チームから予言された。

通常、超伝導は磁場中で消失するが、この運動量がゼロでない対であるFFLO超伝導状態の方が、対を部分的に壊しスピン分極が可能となり、エネルギー的に得となるため、超伝導が高磁場まで生き残れる可能性が指摘され、このとき超伝導はゼロでない運動量を持つため、その定在波として超伝導を特徴づける超伝導ギャップは空間振動をすることになり、空間変調する超伝導状態となるとされた。

このようにして予言されたFFLO超伝導状態は、その後、現在に至るまで60年近くにわたって探索されてきたが、これまでその候補となる超伝導体が報告されることはあっても、その同定には至っていなかったという。

そこで研究チームは今回、Sr2RuO4の酸素(O)を核磁気共鳴(NMR)可能な同位体である17O核に置換した純良単結晶において、磁場を層に平行に印加した上で、17O核のNMR測定を実施することにしたという。