＼量子コンピュータ素子等への展開も期待できる新材料の発見／強誘電的構造相転移と奇妙な超伝導転移を有するトポロジカル半金属〔大阪大学、名古屋大学、岡山大学〕
2024（令和6）年 1月 8日
国立大学法人岡山大学
https://www.okayama-u.ac.jp/
＜研究成果のポイント＞
トポロジカルなバンド構造をもち、さらに強誘電相転移に似た極性－非極性構造相転移を示す極めて珍しい超伝導材料の合成に成功しました。
極性歪みがもたらす空間反転対称性の破れは、従来型の超伝導電子対(クーパー対)の生成を疎外します。さらにトポロジカルなバンド構造をもつ場合には、表面超伝導のような、従来の超伝導とは異なる特異な性質を持つ可能性があります。
空間反転対称性が破れた導電体では、トポロジカル超伝導のような特殊な量子状態が実現する可能性が提案されており、量子コンピュータ素子や革新的スピントロニクス材料への展開が期待されます。
◆概 要
大阪大学大学院基礎工学研究科の高橋英史講師、大学院生の佐々木友博さん（博士前期課程）、石渡晋太郎教授らの研究グループは、名古屋大学大学院理学研究科の中埜彰俊助教、岡山大学学術研究院環境生命自然科学学域の秋葉和人助教、小林達生教授らと共同でストロンチウムと金とビスマスからなるトポロジカル半金属において、強誘電相転移に似た極性構造―非極性構造相転移と超伝導の両方が実現することを世界に先駆けて発見しました。
超伝導体は、医療機器として知られる磁気共鳴イメージング（MRI）や超伝導リニアなどの最先端の産業技術を支える材料の一つです。新しい超伝導体の開発は、このような産業応用だけでなく基礎研究の観点からも重要であり、標準理論であるＢＣＳ理論を超える特殊な超伝導状態の探索も進められています。例えば、典型的な超伝導は、空間反転対称性を破る極性構造相転移とは相性が悪いと考えられていましたが、近年それらの性質が活かされた新しいタイプの超伝導状態を示す材料が見つかりつつあります。
最近、研究グループは、極性－非極性相転移を持つSrAuBiという化合物が超伝導を示すことを発見し、極低温の物性測定や理論計算により、特殊な超伝導状態が実現している可能性を見いだしました。このSrAuBiは、ビスマスや金といった重元素からなる極性構造を有しており、さらに、トポロジカルなバンド構造に由来した表面状態の存在から、標準理論では説明のつかない超伝導が実現している可能性があります。
本研究は、量子コンピュータのための超伝導素子などの革新的電子デバイスへの応用につながることが期待されます。
この成果は、英文誌npj Quantum Materialsの2023年12月号に12月20日に掲載されました。
図１ SrAuBiの(a)結晶構造と(b)電気抵抗率での超伝導転移。極性構造ではBiの強いスピン軌道相互作用に由来したラシュバ型のスピン分裂したバンド構造が実現する
図２ SrAuBiの面間磁場（a）と面内磁場（b）での電気抵抗率での超伝導転移と面間磁場（c）と面内磁場（d）での超伝導臨界磁場
◆特記事項
本研究成果は、英文誌npj Quantum Materialsの 2023年12月号に12月20日に掲載されました。
タイトル：“Superconductivity in a ferroelectric-like topological semimetal SrAuBi”
著者名：Hidefumi Takahashi, Tomohiro Sasaki, Akitoshi Nakano, Kazuto Akiba,
Masayuki Takahashi, Alex H. Mayo, Masaho Onose, Tatsuo C. Kobayashi,
Shintaro Ishiwata
ＤＯＩ：https://doi.org/10.1038/s41535-023-00612-4
なお、本研究は、科学研究費助成事業(KAKEN)「極性金属における機能創成」、「準安定スピントロニクス材料の戦略的高圧合成」（JP22H0034）及び「アシンメトリが彩る量子物質の可視化・設計・創出」（JP23H04871, JP23H0486）、村田学術振興財団の一環として行われ、大阪大学大学院基礎工学研究科、東北大学金属材料研究所（当時：博士）アレックス メイヨー浩氏の協力を得て行われました。
◆詳しい研究内容について
＼量子コンピュータ素子等への展開も期待できる新材料の発見／強誘電的構造相転移と奇妙な超伝導転移を有するトポロジカル半金属
https://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/press_r5/press20240105-1.pdf
◆本件お問い合わせ先
＜研究内容に関する問い合わせ先＞
大阪大学 大学院基礎工学研究科 講師 高橋 英史（たかはし ひでふみ）
TEL：06-6850-6457
FAX：06-6850-6457
東海国立大学機構 名古屋大学大学院理学研究科 助教 中埜 彰俊（なかの あきとし）
TEL：052-789-5110
FAX：052-789-5105
岡山大学 学術研究院環境生命自然科学学域 助教 秋葉 和人（あきば かずと）
TEL：086-251-7819
＜プレスリリースに関する問い合わせ先＞
大阪大学基礎工学研究科 庶務係
TEL：06-6850-6131
FAX：06-6850-6477
東海国立大学機構 名古屋大学 広報課
TEL：052-558-9735
FAX：052-788-6272
岡山大学 総務・企画部 広報課
TEL：086-251-7292
FAX：086-251-7294
＜岡山大学の産学官連携などに関するお問い合わせ先＞
岡山大学研究推進機構 産学官連携本部
〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中1-1-1 岡山大学津島キャンパス 本部棟1階
TEL：086-251-8463
E-mail：sangaku◎okayama-u.ac.jp
※ ◎を@に置き換えて下さい
https://www.orsd.okayama-u.ac.jp/
岡山大学メディア「OTD」（アプリ）：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000011.000072793.html
岡山大学メディア「OTD」（ウェブ）：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000215.000072793.html
岡山大学統合報告書2023：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000001926.000072793.html
岡山大学SDGsホームページ：https://sdgs.okayama-u.ac.jp/
岡山大学SDGs～地域社会の持続可能性を考える（YouTube）：https://youtu.be/Qdqjy4mw4ik
岡山大学Image Movie (YouTube)：https://youtu.be/pKMHm4XJLtw
産学共創活動「岡山大学オープンイノベーションチャレンジ」2024年1月期共創活動パートナー募集中：
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000001931.000072793.html
岡山大学「THEインパクトランキング2021」総合ランキング 世界トップ200位以内、国内同列1位!!
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000070.000072793.html
岡山大学『大学ブランド・イメージ調査2021～2022』「SDGsに積極的な大学」中国・四国１位!!
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000373.000072793.html
岡山大学『企業の人事担当者から見た大学イメージ調査2022年度版』中国・四国１位!!
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000122.000072793.html
国立大学法人岡山大学は、国連の「持続可能な開発目標（SDGs）」を支援しています。また、政府の第1回「ジャパンSDGsアワード」特別賞を受賞しています。地域中核・特色ある研究大学として共育共創を進める岡山大学にご期待ください
岡山大学 文部科学省「地域中核・特色ある研究大学強化促進事業（J-PEAKS）」に採択～地域と地球の未来を共創し、世界の革新の中核となる研究大学：岡山大学の実現を加速とともに世界に誇れる我が国の研究大学の山脈を築く～
すべての画像
