カゴメ格子超伝導体で異常熱ホール効果の観測に成功

2025-10-06 東京大学

東京大学物性研究所の吉田大希大学院生、武田晃助教、山下穣准教授らは、東京大学新領域創成科学研究科および米カリフォルニア大学サンタバーバラ校との共同研究により、カゴメ格子構造を持つ超伝導体CsV₃Sb₅でゼロ磁場下の異常熱ホール効果を世界で初めて観測した。超伝導体では電子がクーパー対を形成するが、本研究はそのペアが時間反転対称性を破る「カイラル超伝導状態」である可能性を示すものである。実験では通常の超伝導体2H-NbS₂では熱ホール効果が見られなかったのに対し、CsV₃Sb₅では超伝導転移温度以下で有限の値を確認。理論が予言する量子化とは異なるが、カイラルクーパー対の不純物散乱を考慮したモデルと整合する結果を得た。今回の成果はカイラル超伝導の実証に向けた重要な一歩であり、新たな実験的検出手法として期待される。成果はScience Advances誌に掲載。

カゴメ格子超伝導体で異常熱ホール効果の観測に成功
図1 左:カゴメ格子超伝導体CsV3Sb5の結晶構造の模式図。

<関連情報>

カゴメ超伝導体における異常熱ホール効果の観測 Observation of anomalous thermal Hall effect in a Kagome superconductor

Hiroki Yoshida, Hikaru Takeda, Jian Yan, Yui Kanemori, […] , and Minoru Yamashita
Science Advances  Published:3 Oct 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adu2973

Abstract

Broken time-reversal symmetry (TRS) in superconductors can induce not only spontaneous magnetization by the finite angular momentum of Cooper pairs but also the anomalous thermal Hall effects (ATHEs), whose detection has been extremely challenging. Here, we report the successful observation of an ATHE developing below the superconducting transition temperature at zero magnetic field in the kagome-lattice superconductor CsV3Sb5. This finding is verified by the absence of a signal in a conventional type-II superconductor using the same setup and by ruling out the trapped-vortex effects through micro-Hall array measurements. Both the temperature dependence and the magnitude of the observed anomalous thermal Hall conductivity are quite different from those expected for the quantized thermal edge current of an intrinsic ATHE but consistent with extrinsic impurity-induced ATHEs in chiral superconductivity. Our study of ATHE offers an alternative approach to probe TRS breaking in the superconducting states.

1700応用理学一般
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