幾何学的に閉じ込められた磁束量子状態

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23540416
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 小久保 伸人 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (80372340)
• 研究分担者: 岡安 悟 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 研究主幹 (50354824)
• 研究期間 (年度): 2011-04-28 – 2015-03-31
• キーワード: 超伝導材料・素子 / 量子渦 / メゾスコピック系 / 走査プローブ顕微鏡（SSM） / 低温物性

研究実績の概要

正三角形及び二等辺三角形状に加工したアモルファス微小超伝導膜を用いて、閉じ込めた量子渦糸状態とその配列の安定性を、走査SQUID（超伝導量子干渉計）磁気顕微鏡による直接観察実験で調べた。印加する磁場の大きさを調整しながら誘起される渦糸の数とその配列を調べたところ、微小超伝導体の形状を反映した独特な渦糸構造が現われた。特に、渦糸数が３、６、１０という三角数を満たすとき、超伝導体の形状とつり合う（３回の回転対称性で特徴づけられる）三角配列（三角格子の一部）を組んだ。二等辺三角形でも形状に従った変形は認められるものの、ほぼ同じような渦糸の三角配列が現われることから、幾何学的変形に対して安定な渦糸状態であることが分かった。一方、上記以外のほとんどの渦糸数（少なくとも１１の渦糸数まで）では、幾何学的形状変化に対して、渦糸配列は不安定となり、同じ渦糸数でも異なる複数の渦糸配列が現われた。得られた渦糸配列を詳しく調べると、試料形状（正三角形状または二等辺三角形状）によらず、三角形がもつ一本の対称軸に対して鏡面となる対称性が現われ、渦糸の三角配列と一本鎖を組み合わせた分類法で整理できることも分かった。
以上の結果から、三角形状の微小超伝導体では、つり合い条件が渦糸配列の（幾何学的変形に対する）安定性や対称性を決定づけることが分かった。今後の反渦糸状態に関する研究を進める上で貴重な基礎データになると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Commensurate and incommensurate Vortex States Confined in Mesoscopic Triangles of Weak Pinning Superconducting Thin Films (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Kokubo, H. Miyahara, S. Okayasu, and T. Nojima
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 84 ページ: 043704(4pages)
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.84.043704
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct Imaging of Vortex Polygons and Vortex Shells in Mesoscopic Squares of a Weak Pinning Superconducting Thin Film (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Kokubo, S. Okayasu, T. Nojima, H. Tamochi, and B. Shinozaki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 083704(5pages)
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.83.083704
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 幾何学的に閉じ込められた超伝導量子渦 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小久保伸人
  • 学会等名: 物性研究所短期研究会「スーパーマターが拓く新量子現象」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所
  • 年月日: 2014-04-17 – 2014-04-19