スメクチック磁束液晶におけるマグナス力支配型の渦ダイナミクスを実証～超伝導を”トポロジカル流体”として捉える新視点～
【ポイント】
- スメクチック磁束液晶で欠陥渦（スメクチック・ディスロケーション渦）のダイナミクスを初観測。
- マグナス力が支配する新しい磁束渦ダイナミクスをホール応答として実証。
- 超伝導をトポロジカル流体として理解する新しい視点を提示。
【概要】
北海道大学大学院理学研究院の延兼啓純助教、同大学大学院理学院の髙橋杏介氏（研究当時）、同大学大学院理学研究院の松永悟明准教授、日本原子力研究開発機構原子力科学研究所先端基礎研究センター（研究開始時：東北大学金属材料研究所）の木俣 基研究副主幹、北海道大学丹田 聡名誉教授らの研究グループは、超伝導体中に形成される「スメクチック磁束液晶」において、トポロジカル欠陥「スメクチック・ディスロケーション渦」の運動を初めて捉え、流体力学的なマグナス力が支配する新しい磁束渦ダイナミクスの観測に成功しました。
超伝導体に磁場を加えると、内部には磁束と呼ばれる糸状の量子渦が侵入します。通常、この磁束は比較的剛直な線として振る舞い、電流を流すと電磁気学的なローレンツ力によって動く「磁束フロー」が生じます。一方、磁束の周囲には超伝導電流が循環しているため、流体中の渦と同様に流体力学的なマグナス力が働く可能性が理論的に指摘されてきましたが、その寄与を実験的に明確に示すことは困難でした。
本研究では、磁束が液晶のように層状に並ぶスメクチック磁束液晶状態において、磁束の再結合によって生成されるトポロジカル欠陥「スメクチック・ディスロケーション渦」がラメラ層構造に沿って運動することを見いだしました。この欠陥渦は一次元的なラメラ層に拘束されるため、渦に働くマグナス力の効果が顕著となり、従来のローレンツ力だけでは説明できない特異なホール応答として観測されました。本成果は、超伝導体をトポロジカル欠陥が支配する流体として理解する新しい物理像を提示するとともに、渦ダイナミクスの制御に基づく新しい量子輸送現象の開拓につながることが期待されます。
なお、本研究成果は、2026年3月25日（水）公開のPhysical Review Letters誌に掲載されました。
論文名：Magnus-driven Hall transport in a smectic vortex state（スメクチック磁束状態におけるマグナス力駆動のホール輸送）
URL：https://doi.org/10.1103/dm7v-jk3b
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