「ひねり」のきいた超伝導―超伝導状態を制御する新手法―

　淺野舜 理学研究科修士課程学生、栁瀬陽一 同教授、成塚政裕 理化学研究所研究員、町田理 同上級研究員、花栗哲郎 同チームリーダーの共同研究チームは、原子レベルの薄さの超伝導体のシートを他の原子シートと積み重ね、さらに結晶軸にひねりを加えることで、超伝導の性質を制御できることを発見しました。

　近年、原子数個分の厚さしかないシート状物質の作製が可能になり、関心を集めています。このような原子シートには、金属、磁性体、超伝導体など、さまざまな物性を示す数多くの種類がありますが、複数のシートを積層すると、さらに新しい物性が現れます。積層する際にシートを互いにひねると物性に劇的な変化が現れることがあります。しかし、積層やひねりが電子状態に与える影響、特に超伝導に対する効果は実験的に調べることが難しく、これまでほとんど分かっていませんでした。

　今回の研究では、原子シート超伝導体NbSe₂（二セレン化ニオブ）を炭素原子シートであるグラフェンの上に積み重ねてひねり、超伝導状態がひねりによってどのように変化するのかを走査型トンネル顕微鏡法・分光法（STM/STS）を用いて詳しく調べました。その結果、特定のひねり角において、通常は電子が存在できないエネルギー領域に電子状態が現れ、それが特徴的な空間パターンを示すことを発見しました。電子状態を解析することで、この現象は、それぞれの原子層で運動する電子が、ひねりによって特別な関係を満たしたときに現れることを明らかにしました。これらの成果は、原子シートの超伝導に対する理解を深めるだけでなく、ひねりで超伝導状態を制御するという全く新たな手法につながることが期待されます。

　本研究成果は、2025年3月20日に、国際学術誌「Nature Physics」にオンライン掲載されました。