新しい种类の超伝导の発生源になりうるか？ 鉄系超伝导体に见つかった磁性を示さない电子の状态とその特异点
鉄系超伝导体における电子液晶状态とその特异点
図中の四角印◆は电子が液晶のように振る舞い始める温度、丸印●が超伝导を示す温度を表す。セレン化鉄のセレンの一部を硫黄原子に置换していくと液晶状态になる温度は低くなり、およそ17パーセント置换すると完全に消える。図中のカラーグラデーションは电子が液晶になろうとする强さの指标（&肠丑颈;nem）に対応しており、液晶状态が消えるあたりで特异的に増大する振る舞いが见られる。この振る舞いは図中の矢印で示されるように非磁性の电子液晶状态における特异点が存在することを示唆している。
© 2016 細井 優
東京大学大学院新领域创成科学研究科の細井優大学院生、芝内孝禎教授らの研究グループは、鉄系超伝导体の一種において、この超伝導体を構成する元素を置き換え、その置換量を系統的に変化させた結果、ある組成を境に電子状態が大きく変わる临界点(特异点)を発見しました。本特异点は、従来のものとは全く異なる新しい種類のものであり、超伝導が新しい機構によって生じている可能性があります。
特异点の研究は、例えば宇宙の起源を解明するために一种の特异点であるブラックホールを调べるように、さまざまな物理现象の仕组みを解き明かすための有力な手法です。热のエネルギーを失うことなく电気を通すことのできる超伝导现象を扱った超伝导体の研究においては、このような特异点の近くで生じる特殊な电子状态が、新しい超伝导発现の起源となりうることが理论的に示唆されています。特に、これまで鉄系超伝导体において発见された特异点はいずれも磁気的な性质を伴ったものであり、磁気的な性质を伴わない新しい种类の特异点が存在しうるか否かは不明でした。
研究グループは鉄系超伝导体の中でも磁性が现れないという特色をもつセレン化鉄という物质に着目し、电子が液晶のような性质を示すことを手掛かりにして、一部のセレン原子をより原子半径の小さい硫黄原子に置き换えて（贵别厂别1-xSx）その影响を调べました。その结果、セレン原子のおよそ17パーセントを硫黄原子によって置き换えると、磁気的な性质を伴わない新しい特异点の存在を発见することに成功しました。
今后、この新しい特异点と超伝导の関係を明らかにすることによって、新しい超伝导発现机构が実现しうることが立証されれば、より高い温度における超伝导の実现へ新たな道筋を与えることが期待されます。
「単纯な金属で现れる従来の超伝导では、格子振动が重要な寄与を果たしていることはわかっていますが、通常あまり高い温度では超伝导になりません。より高い温度で超伝导を生じさせるためには、これまでとは异なった机构で実証できるかどうかが重要です」と芝内教授は话します。「新しい特异点が见つかったことは、液晶のような状态が超伝导の新しい発生源である可能性があるので、今までとは异なるタイプの超伝导の実现に梦が膨らみます」と期待を寄せています。
なお、本成果は京都大学大学院理学研究科の笠原成助教授と松田祐司教授との共同研究によって得られたものです。
论文情报
, "Nematic quantum critical point without magnetism in FeSe1-xSx superconductors", Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Online Edition: 2016/07/05 (Japan time), doi:10.1073/pnas.1605806113.
论文へのリンク（、）
