超伝導：超伝導を伴わない電子対形成

チタン酸ストロンチウム（SrTiO₃）は、最初の、そして最もよく知られた超伝導半導体である。この化合物は、超伝導に対する極めて低いキャリア密度しきい値を示し、その相図は高温超伝導体に似ている。これらは、非従来型の対形成機構を示唆する2つの要素である。50年間関心が持たれ続けてきたにもかかわらず、SrTiO₃における電子対形成の性質に関して直接的な実験的知見はなかなか得られなかった。本論文では、SrTiO₃とアルミン酸ランタンLaAlO₃の薄層の界面のナノワイヤーに基づく単一電子トランジスターを用いて輸送実験を行った。静電的にゲートを操作して、一連の2電子コンダクタンス共鳴が明らかになった。これは、対形成した電子状態であり、超伝導臨界磁場より1桁高い約1～4テスラの臨界対形成磁場B_pより上で分岐する。B_pより低い磁場では、こうした共鳴は印加磁場に敏感でない。B_pを超える磁場では、共鳴は線形のゼーマン型エネルギー分裂を示す。電子対形成は、超伝導転移温度（約300 mK）より十分高い900 mK程度の温度で安定である。こうした実験結果から、超伝導状態を形成することなく電子が対形成するロバストな電子相が存在することが実証された。引力ハバード相互作用を含む、超伝導の前兆として実空間での電子対形成を記述するモデルによって、カギとなる実験上の特徴が捉えられた。

目次へ戻る