【要点】

• 超高真空、極低温環境においてセレン化ニオブ単層膜の超伝導を観察
• 弱磁場中では超伝導ではなく、揺らぎにより生じる特殊な金属相を観測
• 超微細超伝導体を用いた量子計算デバイスへの影響を示唆

【概要】

東京工業大学 理学院 物理学系の一ノ倉聖助教、東京大学 大学院理学系研究科の長谷川修司教授、高山あかり助教(現 早稲田大学講師)、東北大学の高橋隆客員教授、菅原克明准教授らの研究グループは、2次元超伝導体（用語1）であるセレン化ニオブ（NbSe2）単層膜の電気抵抗を超高真空中で測定し、弱磁場中では超伝導のゼロ抵抗状態が壊され、特殊な金属相となることを明らかにした。2次元超伝導体の一般的性質の解明として学術的な価値があるだけではなく、将来、実現されるであろう微細な2次元超伝導体を用いた量子（用語2）計算デバイスに弱磁場が与える影響を示した重要な研究成果といえる。

2次元超伝導体に極低温で磁場を印加していくと超伝導から絶縁体への「量子相転移」（用語3）を示すことが従来から知られていた。近年の薄膜作製技術の発達により実現した、原子レベルに薄く結晶性の良い2次元超伝導体は量子計算への応用が期待されるが、この量子相転移がさらに複雑化することが指摘されており、特に弱磁場領域の状態について統一的な見解には至っていなかった。そこで本研究では代表的な2次元超伝導体であるNbSe2単層膜を作製し、磁場による影響を詳細に調べた。その結果、超伝導－絶縁体の量子相転移中に、理論的に提案されていた「ボーズ金属相」（用語4）によく一致する状態を発見した。

研究成果は6月5日に米国物理学会誌「Physical Review （フィジカルレビュー）B」にオンライン掲載され、さらにEditor's suggestion（注目論文）として選出された。

【用語解説】

（１）2次元超伝導体：非常に薄い膜として作られた超伝導体で、超伝導を担う電子対（クーパー対）の空間的広がりよりも厚みが小さい。

（２）量子：ミクロスケールにおいて電子などは「量子」と呼ばれ、量子力学的な原理に従って「量子状態」をとる。物質が超伝導となると、電子はクーパー対となって同一の量子状態をとる。

（３）量子相転移：絶対零度において，磁場などの外部制御変数の変化によって量子系の基底状態が起こす相転移のことをいう。有限の動的臨界指数によって特徴づけられる。

（４）ボーズ金属相（ボーズ金属状態）：通常の超伝導状態では位相が結晶全体にわたって揃っているため電気抵抗がゼロとなる。転移温度近傍では熱揺らぎによって位相が擾乱されるため僅かに抵抗が生じることはよく知られていた。ボーズ金属状態では、弱磁場によって位相の揺らぎが誘起されるために有限の電気抵抗が生じている。

詳細（プレスリリース本文）

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