神戸大学は、クロム系新超伝導体、クロムヒ素において特異な電子状態の観測に成功したことを発表した。今後、超伝導体探索や物質設計にとって有益な情報となることが期待される。

同成果は、大学院理学研究科の小手川恒 准教授らの研究グループと、香港中文大学、京都大学との共同研究によるもの。詳細は、英国科学雑誌「Nature Communications」に掲載された。

超伝導体として有名なのは、銅酸化物高温超伝導体や鉄系超伝導体だが、これらは層状の2次元的な結晶構造を有している。それに対してクロムヒ素はクロムがジグザグ鎖を形成した非共型と呼ばれる結晶構造を持っており、その結晶構造と超伝導との関連性の解明に向けた研究が各所で進められている。

クロム系超伝導体、鉄系超伝導体、銅酸化物高温超伝導体の結晶構造 (出所:神戸大学webサイト)

同研究グループは今回、極低温において、通常の金属では電気抵抗が磁場の2乗に比例する放物的なグラフを描くのに対し、クロムヒ素の場合、磁場に対して線形なグラフが描かれる(直線的に増加する)ことを発見した。

CrAsにおける電気抵抗の磁場依存性のグラフ (出所:神戸大学webサイト)

線形磁気抵抗は固体中の電子の質量が有効的に小さくなる特殊な状況で生まれ、非磁性の低キャリア物質などで実現される例があるが、クロムヒ素は磁気的性質が強い金属で、従来の線形磁気抵抗を示す物質とは性質が異なっており、その特殊な結晶構造がこの特異な電子状態を作り出していると考えられると研究グループでは説明している。

なお、同成果により、クロムヒ素の超伝導が通常とは異なる特異な電子状態で出現していることが分かり、今後の超伝導体探索や物質設計に対して有益な情報となることが期待されるとしている。