酸化物界面で「リエントラント超伝導」を発見 -特異な超伝導状態を研究する新たな物質基盤を確立-

2026-06-25 理化学研究所

理化学研究所(理研)の国際共同研究グループは、LaTiO3/KTaO3酸化物ヘテロ構造の界面に形成された2次元電子系において、磁場の増加に伴って一度消失した超伝導が、さらに強い磁場で再び現れる「リエントラント超伝導」を世界で初めて酸化物界面で実証した。従来、この現象は特殊な3次元バルク超伝導体でのみ知られていたが、本研究ではエピタキシャル成長により作製した人工界面を極低温下で測定し、約1テスラ以上の磁場で超伝導が再発現することを確認した。また、バックゲート電圧によって界面の電子密度を制御しながらも、この現象が広い温度・電圧範囲で安定して観測されることを示した。人工的に設計可能な酸化物界面でリエントラント超伝導を実現したことで、未解明な特殊超伝導状態の解明や、磁性・誘電体との複合化による量子状態の制御、将来の量子デバイス・量子情報技術への応用につながる新たな研究基盤が確立された。

酸化物界面で「リエントラント超伝導」を発見 -特異な超伝導状態を研究する新たな物質基盤を確立-
酸化物界面の2次元電子系とリエントラント超伝導現象の概念図

<関連情報>

酸化物ヘテロ界面における再入型超伝導 Reentrant superconductivity at an oxide heterointerface

Denis Maryenko, Minoru Kawamura, Igor V. Maznichenko, Sergey Ostanin, […] , and Masashi Kawasaki
Science Advances  Published:24 Jun 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aeg0460

Abstract

A magnetic field typically suppresses superconductivity by either breaking Cooper pairs via the Zeeman effect or inducing vortex formation. However, under certain circumstances, a magnetic field can stabilize superconductivity instead. This seemingly counterintuitive phenomenon is associated with magnetic interactions and has been extensively studied in three-dimensional materials. By contrast, this phenomenon, hinting at unconventional superconductivity, remains largely unexplored in two-dimensional systems, with moiré-patterned graphene being the only known example. Here, we report the observation of reentrant superconductivity at the epitaxial (110)-oriented LaTiO3-KTaO3 interface. This phenomenon occurs across a wide range of charge carrier densities, which, unlike in three-dimensional materials, can be tuned in situ via electrostatic gating. We propose that the observed reentrant superconductivity can arise from an interplay between strong spin-orbit coupling and a magnetic field–driven modification of the Fermi surface. Our findings provide insight into reentrant superconductivity and establish a robust platform for exploring unconventional superconducting phenomena in two-dimensional systems.

1701物理及び化学
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