日本的理化学研究所（简称“理研”）、自然科学研究机构分子科学研究所、名古屋大学研究生院及东邦大学等组成联合研发小组，利用强相关物质制作了柔性有机晶体管，并利用样品同时控制电子的“数量”和“易移动性”，明确了超导的表现条件。
在氧化铜高温超导体等强相关物质中，电子之间会强烈排斥，通过改变电子的数量和易移动性，不论是绝缘体状态还是超导状态，其性质会广泛发生变化。为了了解强相关物质的超导机制，此前利用各种物质进行了研究。但如何通过同时改变一种物质的电子数量和易移动性，在大范围内调查超导，始终没有找到方法。
此次联合研发小组利用由有机分子BEDT-TTF（双乙烯二硫代－四硫富瓦烯）构成的强相关物质为材料，制作了双电层晶体管（图1）。在该器件中，通过向样品表面施加栅极电压（0.5V左右），可以自由地增加（电子掺杂）或减少（空穴掺杂）电子。另外，由于采用的是有机物，还可以弯曲，而且弯曲能改变有机物中的电子的易移动性。此次调查了通过精细改变二者，测试能否在一个样品中控制超导状态。
图1：本次研究使用的有机晶体管器件的示意图
图2是超导出现的条件。横轴为栅极电压，对应电子的数量，纵轴表示弯曲样品产生的应变，越靠下则电子的动能越高，越容易移动。从该图可以看出，超导状态（蓝色）环绕着绝缘体状态（红色），而且左右的超导区域形状不同。尤其有特点的是增加电子数量时（图2，栅极电压为正的区域）的超导状态，从图中可以看出，从绝缘体状态仅增加几个百分比的电子，就会突然出现超导状态，继续增加电子的话，超导状态又会立即消失。
图2：样品电阻对栅极电压和应变的依赖性
也就是说，在绝缘体状态增加电子和减少电子时都会出现超导状态，但这两种情况下超导的出现条件可以说存在本质区别。本次研究利用一种样品成功绘制了以前根据多种不同物质的实验结果推测的超导区域分布。由于是使用相同的样品进行控制，不容易受到不同样品的晶体结构差异和杂质效果等影响，因此被认为是最本质的结果。
相关论文已于2019年5月11日发表在美国在线科学期刊《Science Advances》上。（日文发布全文）
文：JST客观日本编辑部
