スメクチック磁束液晶におけるマグナス力支配型の渦ダイナミクスを実証~超伝導を”トポロジカル流体”として捉える新視点~

2026-03-31 北海道大学,日本原子力研究開発機構,東北大学

北海道大学などの研究グループは、超伝導体中に形成される「スメクチック磁束液晶」において、トポロジカル欠陥であるディスロケーション渦の運動を初めて観測した。通常、磁束渦の運動はローレンツ力で説明されるが、本研究では層状構造に拘束された欠陥渦に対し、流体的なマグナス力が支配的に働くことを確認し、特異なホール応答として実証した。これにより、超伝導を単なる電磁現象ではなく、トポロジカル欠陥が支配する「流体」として捉える新たな物理像が提示された。今後は渦ダイナミクスの制御による新しい量子輸送現象の開拓が期待される。

スメクチック磁束液晶におけるマグナス力支配型の渦ダイナミクスを実証~超伝導を”トポロジカル流体”として捉える新視点~
ローレンツ力駆動による磁束フロー(左)と マグナス力駆動によるスメクチック・ディスロケーション渦のダイナミクス(右)。

<関連情報>

スメクチック磁束状態におけるマグナス力駆動のホール輸送 Magnus-Driven Hall Transport in a Smectic Vortex State

Hiroyoshi Nobukane, Kyosuke Takahashi, Noriaki Matsunaga, Motoi Kimata, and Satoshi Tanda
Physical Review Letters  Published: 25 March, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/dm7v-jk3b

Abstract

We report the emergence of an anomalous Hall response induced by smectic vortex order in a layered superconductor. By tuning the in-plane magnetic field and temperature, we uncover a distinct transport regime in which the longitudinal resistance remains low, whereas the transverse resistance becomes finite and even exceeds it—a definitive hallmark of unconventional vortex dynamics. This behavior arises from Magnus-force-driven motion of smectic dislocation vortices generated via interlayer smectic kink excitations, directed along the applied current within a smectic vortex liquid crystal phase, where partial translational symmetry breaking enables anisotropic and coherent vortex flow. These results establish smectic vortex matter as a new class of quantum vortex phases with hydrodynamic and topological character. Our findings open pathways to controlling topological vortex transport in anisotropic superconductors and suggest that the intrinsic entanglement of smectic vortex arrays may provide a platform for vortex-based quantum information functionalities.

1701物理及び化学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました