超伝導/常伝導フラクタルナノ複合化合物の自発渦糸形成
神戸大 1 , NIMS 2 , 東京大 3 , CROSS 4 , KEK 5
中明育 1 ，櫻井敬博 1 , 太田仁 1 , 大井修一 2 , 立木実 2 , 有沢俊一 2 , 幾原雄一 3 ,
近藤隼 3 , 大石一城 4 , 坂口佳史 4 , 幸田章宏 5 , 内野隆司 1
【序論】位相がランダムな別々の領域がジョセフソン接合によりループ状に連結されたとき,
ループ内の位相差の総和が 2をこえると, 位相差の総和に応じて自発的にトポロジカルな
欠陥（渦糸）が形成されることが予測されている [1]。本研究では，このような多重ジョセフ
ソン接合のモデル材料として，MgB 2 （超伝導体）が常伝導相 Mg/MgO 中にフラクタル的に
分散したナノ複合体を用いた。この複合体では, 超伝導体の体積分率が 20 %-30 %と希薄で
あってもゼロ抵抗, 完全反磁性というバルク的超伝導特性を示す[2, 3]。この試料につき, ゼ
ロ磁場ミュオン緩和測定（ZF-SR），走査型 SQUID 顕微鏡測定（SSM）を行い，ゼロ磁場下
での自発的な渦糸の形成過程を観察すること試みた。
【実験】文献[2, 3]に従い, Mg と B 2 O 3 の酸化還元反応
とその後 の 放 電プラ ズ マ 焼結に よって Mg/MgO/MgB 2
ナノ複合体を作製した。 ZF-SR 測定は, J-PARC/MLF
の S1 ビームラインで行った。SSM 観察は, SII, SQM2000 を用いて, ~0-30 mOe の低磁場下で行った。
【結果と考察】ZF-SR の測定結果を Fig.1 に示す。超
伝導転移に対応するおよそ 35 K 以下で緩和率が急激
に増大した。また, 緩和曲線は以下の Voigtian（ 第 1 項）
と Lorentzian（第 2 項）の Kubo - Toyabe 型関数の和
で精度よくフィッティングできることが分かった。
1 2
(λ1 𝑡)𝛽
𝐴(𝑡) = 𝛼1 ( + (1 − (λ1 𝑡)𝛽 ) exp (−
))
3 3
𝛽
1
Fig.1. Representative ZF-SR spectra
of the Mg/MgO/MgB 2 nanocomposite
for various temperatures. Lines are
fits to Eq. (1).
2
+𝛼2 (3 + 3 (1 − Λ 2 𝑡) exp(−Λ 2 𝑡)). (1)
以上の結果は, 超伝導転移に伴い, ゼロ磁場下で磁場
の不均一性が増大したことを示している。さらに，3 K
での極低磁場における SSM 観察において，正負の極性
を有する渦糸様の磁束構造が観察された（Fig. 2）。以上
の結果は，本超伝導/常伝導 フラクタルナノ複合体にお
けるゼロ磁場下での自発的な渦糸形成を示唆している。
[1] R. Carmi et al., Phys. Rev. Lett. 84, 4967 (2000).
[2] T. Uchino et al., Phys. Rev. B 101, 035146 (2020).
[3] N. Teramachi et al., Phys. Rev. B 108, 155146 (2023).
Fig.2. SSM images measured at 3 K in
nominally zero field.