220 Kまで局在するクーパー対を発見~高温超伝導の理解につながるボースグラス状態を実証~

2026-09-18 北海道大学

Ca₂RuO₄ナノ薄膜で、約220 Kという従来のボースグラス研究よりはるかに高温まで、クーパー対が局在して存在する「ボースグラス状態」が確認された。北海道大学の研究グループは、膜厚を精密制御した試料の電気輸送測定とβ関数スケーリング解析により、電子が局在するフェルミグラス状態とクーパー対が局在するボースグラス状態を識別した。さらに、超伝導相・ボースグラス相・強局在相からなる電子相図を構築し、電子相関、RuO₆八面体の構造変化、低次元性が電子の基底状態を協調的に決めることを示した。本成果は、高温超伝導体で議論される超伝導前駆状態や擬ギャップ状態を理解する新たな視点を提供し、高温超伝導の発現機構解明や量子材料設計への応用が期待される。

220 Kまで局在するクーパー対を発見~高温超伝導の理解につながるボースグラス状態を実証~
膜厚を制御することで電子相関の強さが変化し、超伝導(SC)、ボースグラス(BG)、フェルミグラス(FG)、モット(Mott)絶縁体の各状態が現れる。ボースグラス相は約220 Kまで広がり、高温で局在したクーパー対の存在を示唆する。

<関連情報>

C2RuO4ナノ薄膜におけるボースグラス Bose glass in Ca2RuO4 nanofilms

Hiroyoshi Nobukane, Koki Hirose, Kakeru Isono, Mizuki Higashiizumi, Masahito Sakoda, Korekiyo Takahashi & Satoshi Tanda
Communications Materials  Published:10 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s43246-026-01325-4

Abstract

Weak localization of bosons can give rise to an exotic quantum state known as a Bose glass, characterized by the absence of global phase coherence yet finite conductivity. Here, we report signatures of a Bose glass state in the weak localization regime of the ruthenium oxide Ca2RuO4 nanofilms. The electrical resistivity exhibits a characteristic logarithmic temperature dependence, ρ ~ ln(1/T), consistent with bosonic weak localization. Furthermore, β-function scaling analysis reveals a distinct “vertical flow,” indicating a qualitative change in scaling behavior associated with localized bosonic transport. These results suggest that signatures of Cooper pairs persist up to high temperatures of  ~ 220 K. We identify two quantum critical points associated with changes in scaling behavior between the Bose glass and superconducting regimes, and between the Bose glass and strongly localized regimes. We demonstrate that the ground state is governed by the strength of localization arising from the interplay of electron correlation, lattice distortion of the RuO6 octahedra, and reduced dimensionality, where film thickness acts as an effective control parameter. These findings establish Ca2RuO4 nanofilms as a platform for exploring bosonic localization in strongly correlated oxides, with implications for cuprates and nickelates.

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