カゴメ金属でおきる”自発的に回転するクーパー対”ーカイラル超伝導の機構を解明、量子デバイス設計に新指針ー

2026-08-07 名古屋大学

名古屋大学と理化学研究所の研究チームは、カゴメ格子構造を持つ金属AV₃Sb₅で観測される特異な超伝導について、電子の「ループ電流秩序」が発現機構を決定することを理論的に明らかにした。ループ電流によって電子対(クーパー対)の向きが選択されることで、時間反転対称性が自発的に破れる「カイラル超伝導」と、強い方向依存性を示す「ネマティック超伝導」が自然に生じることを示した。さらに、超伝導ギャップの2×2周期変調や、不純物導入によって通常のs波超伝導へ変化する現象など、これまで個別に説明されてきた実験結果を、ループ電流秩序を中心とする単一の理論で統一的に説明した。カゴメ金属における電子相関と新奇量子相の理解を深めるとともに、時間反転対称性が破れた超伝導体の設計や、低消費電力の量子デバイス開発につながる新たな指針となることが期待される。

カゴメ金属でおきる”自発的に回転するクーパー対”ーカイラル超伝導の機構を解明、量子デバイス設計に新指針ー

<関連情報>

カゴメ金属におけるループ電流相内で出現するネマティック超伝導とカイラル超伝導 Nematic and chiral superconductivity emerging within the loop-current phase in kagome metals

Rina Tazai,Youichi Yamakawa & Hiroshi Kontani
Nature Communications  Published:27 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-75259-3  Unedited version

Abstract

The kagome metals AV3Sb5 (A = Cs, Rb, K) host multiple symmetry-breaking phases, including charge-density-wave and loop-current orders, and exhibit highly exotic superconductivity with pronounced nematicity and chirality. Remarkably, even dilute impurities transform this exotic superconducting state into an isotropic s-wave state. These observations pose a challenge to existing theoretical scenarios. We show that loop-current order induces nematic chiral d-wave superconductivity in kagome metals. The loop-current-induced orbital magnetization (OM) stabilizes one chiral superconducting channels. This OM-chirality coupling mechanism is generic and applies to pairing driven by either attractive or repulsive interactions. Furthermore, coexisting loop-current and bond orders give rise to pronounced nematic chiral superconductivity even for an almost C6-symmetric Fermi surface. For attractive pairing, dilute impurities suppress the chiral state and restore a conventional s-wave phase, as observed experimentally. The theory further predicts a robust 2 × 2 pair-density modulation. This study provides key insights into time-reversal-symmetry-breaking exotic superconductivity in kagome metals.

0403電子応用
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