理化学研究所(理研)は、京都大学・東京大学との共同研究グループが、鉄系超伝導体の一種であるセレン化鉄において、電子状態が一軸的方向性を持つ「電子液晶」状態が超伝導に大きな影響を与えていることを実験的に明らかにしたと発表した。

同成果は、理化学研究所創発物性科学研究センター創発物性計測研究チームの花栗哲郎 チームリーダー、京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻の笠原成 助教、東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻の芝内孝禎 教授らの研究グループによるもの。米国のオンライン科学雑誌「Science Advances」に掲載された。

電子液晶は鉄系超伝導体だけでなく、銅酸化物高温超伝導体など、通常の超伝導を記述するBCS理論が当てはまらない非従来型超伝導体において広く観測される現象。電子液晶と非従来型超伝導との関連はこれまでも議論されていたが、両者の相関を直接示す証拠は見つかっていなかった。

今回、同グループは、セレン化鉄における電子の方向性を、セレンの一部を硫黄で置き換えることによって系統的に制御し、それに伴う電子状態と超伝導状態の変化を走査型トンネル顕微鏡法/分光法で詳しく調査。その結果、方向性がなくなった途端に、超伝導を担う電子対の結合が突然弱くなるという関係性を確認したという。

同グループは、同成果は非従来型超伝導体に普遍的な学理を構築する上で役立つだけでなく、新超伝導体の探索にもヒントを与えるとしている。