51探花

【本学研究者情报】

〇本学代表者所属?职?氏名：金属材料研究所?准教授?野岛　勉

【発表のポイント】

• ２次元结晶（注１）を电圧で制御することで、超低电子密度超伝导を実现した。
• 通常の超伝导体が属する电子の高密度状态（バーディーン?クーパー?シュリーファー极限）から、低密度状态（ボース?アインシュタイン凝缩极限）へのクロスオーバーが起こっていることを実証した。
• 超伝导のみならず、电子と类似する素粒子への理解を深めるための重要な基点となる。

【概要】

東京大学大学院工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センター、物理工学専攻の岩佐義宏 教授（理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発デバイス研究チーム チームリーダー兼任）、中川裕治 大学院生（研究当時）らの研究グループは、同研究科の有田亮太郎 教授(理化学研究所創発物性科学研究センター計算物質科学研究チーム チームリーダー）、野本拓也 助教、京都大学大学院 笠原裕一 准教授、東北大学金属材料研究所 野島勉 准教授らと共同で、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（注２）によって電子密度を制御することにより、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）を実現しました。

电気抵抗がゼロになることで知られる超伝导は、物质中の电子が対を组むことで引き起こされます。通常の超伝导体では、电子が高密度に存在し、电子対が无数に重なり合った状态にあります。一方で、电子の密度が小さく电子対の重なりが无い场合、超伝导は异なる机构で生じると考えられています。これら２种の超伝导の间の移り変わりを1つの物质で実现することは、これまでになされていませんでした。

本研究では、窜谤狈颁濒の电子数を精密に制御することで、电子密度を减らし、クロスオーバー领域に到达したことを実証しました。电子が高密度な领域では、电子は対を作ると同时に超伝导になります。ところが、电子密度を小さくするにつれ、电子が対を形成しても超伝导にならない状态が见られるようになります。そしてより温度を冷却して初めて抵抗がゼロの超伝导に転移することが明らかになりました。このように、密度を极限まで小さくすると超伝导の様相が大きく変化することは、超伝导に普遍的な现象であると考えられます。これらの研究成果は、电子をはじめとするフェルミ粒子（注３）の集合体の本质的な性质を解明したもので、より高い転移温度を持つ超伝导体を探求するための础となることが期待されます。

本研究成果は、米国科学雑誌「Science」（3月18 日付）に掲載されました。

図１. BCS極限、BEC極限、その移り変わり（クロスオーバー）の模式図。超伝導状態では電子が対を組んでおり、その重なりが電子密度によって異なる。

【用语解説】

注１： ２次元結晶
层状の构造を持つ结晶のこと。特に、层の间が弱い分子间相互作用によって形成されているものを指す。グラフェンのように単层まで薄くした际の特异な物性が注目されている一方、复数层ある场合は、层の间にアルカリ金属などを挿入することで电子状态を変化させることができる。

注２： イオンゲート法
电界効果トランジスタ（贵贰罢）における絶縁层を电界液で置き换えたデバイス构造を用いた、物性制御手法。测定対象となる试料を贵贰罢におけるチャネル部として用いる。电解液中のイオンはゲート电圧によって制御され、チャネル表面に集まる、チャネル表面を削る、チャネルが层状物质の场合、层间に入り込む（本研究）といった様々な动作を行う。

注３： フェルミ粒子
素粒子はフェルミ粒子とボース粒子に大别される。电流を担う电子は、フェルミ粒子に分类される。

详细（プレスリリース本文）

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