東大など、強い磁場の下で生き残る特異な超伝導状態の観測に成功

東京大学は11月10日、強い磁場の下で超伝導が一部破壊されながらも生き残る特異な状態(FFLO状態)が存在することを示す実験に成功したと発表した。

同成果は、同大大学院 工学系研究科の宮川和也助教、鹿野田一司教授、仏グルノーブル国立強磁場実験施設、米ブラウン大学らによるもの。

超伝導は、発熱を伴わずに抵抗ゼロで電流が流れる劇的な現象であることから、物理学とその応用の両面から盛んに研究されている。また、超伝導は磁場のある環境下で利用されることが多いが、強い磁場は超伝導を破壊する。このため、強磁場下の超伝導の振る舞いは最も重要な課題の1つとなっている。そして、超伝導は電荷を持ち微小な磁石でもある電子が対(クーパー対)を作ることで起こる。また、磁場はクーパー対の運動を誘発するとともに、クーパー対内で反対向きに打ち消しあっている微小な磁石を磁場方向に起こそうとする。この2つの効果は、ともにクーパー対を破壊するように作用し、磁場が強くなると、超伝導は破壊される。しかし、さらに強磁場でも、一部のクーパー対が破壊されながらも生き残り、その濃度を空間的に波打たせることで超伝導が維持される特異な状態であるFFLO状態が古くから提唱されていた。その存否を巡ってはさまざまな物質を対象に実験がなされてきたが、未だ決定的な証拠は得られていなかった。

研究グループは、有機超伝導体に強い磁場を掛けて、超伝導状態を核磁気共鳴実験で調べることにより、FFLO状態を捕らえることに成功した。この成果は、超伝導の応用においても、従来の超伝導破壊機構を越えて磁場の限界を引き上げる可能性を示唆しているとコメントしている。