研究課題
基盤研究(B)
本研究では、MoS2単結晶表面の電場誘起超伝導表面を用いて、乱れが極限的に少ない理想的2次元超伝導体における量子ゆらぎに支配された超伝導物性を明らかにする。具体的には、ゼロ磁場および有限面直磁場中における線形・非線形伝導特性を超伝導転移温度の1/100といった極低温まで測定することにより、基底状態近傍にあると予想される、量子磁束・反磁束（BKT）状態、量子磁束液体（量子金属）状態、超伝導－常伝導金属量子相転移といった新現象の存在を検証し、包括的な磁場‐電流‐温度相図を完成させる。以上により、量子ゆらぎ超伝導という未開拓な領域の学理を構築する。
MoS2単結晶表面の電場誘起2次元電子系や剥離法により作製したNbSe2単結晶薄膜を用いて、高い結晶性を有する2次元超伝導体における量子磁束状態およびそのダイナミクスを研究した。これらの輸送特性を温度・磁場・電流・厚さの関数として詳細に測定することにより、2次元超伝導体の量子ゆらぎを反映した包括的な磁束相図を作成することに成功した。得られた結果の比較を通して、2次元超伝導の典型として知られる量子金属状態（面直磁場中において電気抵抗が極低温まで残る状態）の発生起源やゼロ磁場中の電流により発生する量子磁束―反磁束状態およびその動的相転移を明らかにした。
物質が持つ次元性を3次元から2次元へ下げることにより、量子ゆらぎの効果が飛躍的に大きくなることはスピン系をはじめ様々な物質系で共通して期待される事象である。本研究成果は、これを巨視的な超伝導の磁束系やそのダイナミクスにおいて明らかにしたものであり広い学術分野にわたる波及効果を持つ。本研究で得られた量子金属状態や磁束-反磁束状態の動的転移といった2次元超伝導体の磁束ダイナミクスは、磁束状態に対する深い知見が不可欠な超伝導線材応用だけでなく、超伝導量子ビット等といった薄膜デバイスを用いたエレクトロニクス応用へ向けた基礎研究となるため、社会的意義も十分に有する。
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すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)
Science Advances
巻: 9 号: 36
10.1126/sciadv.adf6758
Physical Review Research
巻: 4 号: 1 ページ: 013188-013188
10.1103/physrevresearch.4.013188
