物性物理学：有限運動量超伝導体におけるボース粒子ランダウ準位の特徴
Nature 599, 7883 doi: 10.1038/s41586-021-03915-3
磁場中の荷電粒子は、ランダウ準位を形成する。当初、金属中の電子に対して研究されていたフェルミ粒子のランダウ準位は、エキゾチックな電子現象を出現させるものとして今なお関心を集め続けている。ボース粒子のランダウ準位でも新奇量子現象が実現すると予想されるが、人工系における最近の進展を除くと、まだ比較的研究が進んでいない。超伝導体におけるクーパー対は、電子によって形成される複合ボース粒子であり、ボース粒子ランダウ準位が発現する凝縮系の潜在的なプラットフォームとなる。特定の条件下では、磁場を印加することで、運動量が有限となるクーパー対を持つ異常な超伝導体が安定化され、ボース粒子ランダウ準位が制御されると期待される。今回我々は、層状超伝導体Ba6Nb11S28において、磁気トルク測定によって観測されたボース粒子ランダウ準位間の遷移の熱力学的特徴について報告する。面内方向に磁場を印加すると、上部臨界磁場より低磁場で反磁性が急峻かつ部分的に抑制されることが観測された。これは、超伝導状態中に別個の相が発現したことを示唆している。また、面外磁場の増大に伴って、上部臨界磁場における一連の明確な変調が観測された。これは、互いに異なる渦状態の存在を示唆するものであり、その構造は、有限運動量の超伝導体のクーパー対が形成するランダウ準位間遷移に関する予測と一致する。オンサーガーの量子化則を適用することによって運動量が得られ、さらに、フェルミ粒子ランダウ準位を調べることで非ゼロのベリー位相に対する証拠が示された。これは、輸送、散乱、走査型の手法、剥離法の技術を通して、ボース粒子ランダウ準位、トポロジカル超伝導、そしてそれらの相互作用を調べられる可能性があることを示唆している。
