日本的理化學研究所（簡稱「理研」）、自然科學研究機構分子科學研究所、名古屋大學研究生院及東邦大學等組成聯合研發小組，利用強相關物質製作了柔性有機電晶體，並利用樣品同時控制電子的「數量」和「易行程性」，明確了超導的表現條件。
在氧化銅高溫超導體等強相關物質中，電子之間會強烈排斥，透過改變電子的數量和易行程性，不論是絕緣體狀態還是超導狀態，其性質會廣泛發生變化。爲了瞭解強相關物質的超導機制，此前利用各種物質進行了研究。但如何透過同時改變一種物質的電子數量和易行程性，在大範圍内調查超導，始終沒有找到方法。
此次聯合研發小組利用由有機分子BEDT-TTF（雙乙烯二硫代－四硫富瓦烯）構成的強相關物質爲材料，製作了電偶層電晶體（圖1）。在該器件中，透過向樣品表面施加柵極電壓（0.5V左右），可以自由地增加（電子摻雜）或減量（電洞摻雜）電子。另外，由於採用的是有機物質，還可以彎曲，而且彎曲能改變有機物質中的電子的易行程性。此次調查了透過精細改變二者，測試能否在一個樣品中控制超導狀態。
圖1：本次研究使用的有機電晶體器件的示意圖
圖2是超導出現的條件。橫軸爲柵極電壓，對應電子的數量，縱軸表示彎曲樣品產生的應變，越靠下則電子的動能越高，越容易行程。從該圖可以看出，超導狀態（藍色）環繞着絕緣體狀態（紅色），而且左右的超導區域形狀不同。尤其有特點的是增加電子數量時（圖2，柵極電壓爲正的區域）的超導狀態，從圖中可以看出，從絕緣體狀態僅增加幾個百分比的電子，就會突然出現超導狀態，繼續操作增加電子的話，超導狀態又會立即消失。
圖2：樣品電阻對柵極電壓和應變的依賴性
也就是說，在絕緣體狀態增加電子和減量電子時都會出現超導狀態，但這兩種情況下超導的出現條件可以說存在本質區別。本次研究利用一種樣品成功轉列了以前根據多種不同物質的實驗結果推測的超導區域分佈。由於是使用相同的樣品進行控制，不容易受到不同樣品的晶體結構差異和雜質效果等影響，因此被認爲是最本質的結果。
相關論文已於2019年5月11日發表在美國線上科學期刊《Science Advances》上。（日文發佈全文）
文：JST客觀日本編輯部
