日本首都大學東京與日本東北大學組成的研究小組利用鉍硫族化合物基（BiCh2基）層狀超導體的單晶，評測了其在強磁場中的超導特性，發現晶體結構的旋轉對稱被破壞，顯示出獨特的各向異性。
BiCh2基層狀超導體是2012年發現的新型層狀超導體，會透過非常規機制顯示超導性。此次研究採用的LaO0.5F0.5BiSSe單晶爲四方晶結構，擁有4重旋轉對稱，但在超導狀態下測量磁阻率時，只觀測到晶體的雙重旋轉對稱，另兩重旋轉對稱被破壞。在超導狀態下破壞晶體旋轉對稱的特徵，與鐵基超導體和拓撲超導體等提出的向列超導狀態的特徵相同，BiCh2基超導體與向列超導狀態可能具有相關。
圖1：BiCh2超導體的晶體結構與超導狀態的各向異性
(a) 四方晶結構的晶體結構（BiCh傳導面）的4重旋轉對稱。
(b) 根據在強磁場中測量電阻率的結果得到的超導狀態下的各向異性（表示上部臨界磁場的強弱）。
研究採用BiCh2基超導體中能獲得最優質超導樣品的LaO0.5F0.5BiSSe（S和Se各佔Ch位點的一半）的單晶樣品實施。利用超導磁鐵和雙軸旋轉探針，一邊使單晶沿雙軸旋轉一邊測量強磁場中的電阻率，由此測量了超導特性的各向異性。
根據單晶結構解析和低溫粉末X射線繞射的結果可應答，LaO0.5F0.5BiSSe具有四方晶結構。在四方晶結構中，傳導層内的BiCh面（顯示超導狀態的面）具有4重旋轉對稱（圖 1.(a)）。因此預測超導特性也會顯示4重旋轉對稱的各向異性。但使磁場在BiCh面内旋轉時，強磁場中的電阻率顯示出了雙重旋轉對稱。根據這個測量結果，可以推測超導狀態下的上部臨界磁場的面内各向異性，因此可以認爲是上部臨界磁場破壞了晶體的旋轉對稱，從而顯示出雙重旋轉對稱（圖1.( b)）。
此次在超導狀態下獲得的LaO0.5F0.5BiSSe的獨特各向異性可能與向列超導有關。
文 JST客觀日本編輯部
