量子ホール効果と超伝導の深い関係

　「量子ホール効果」と「超伝導」が，実は奥深いところで密接に関係しているというわくわくするような事実が明らかになった。

　量子ホール効果は，極低温の状態で2次元界面に閉じ込められた電子が起こす現象で，磁場を強くしていくとき，電流と直角方向の電圧（ホール電圧）が，連続的ではなく階段状に増えていく。この驚くべきところは，物質中の電圧変化というマクロな現象であるのに，階段状の電圧値が，プランク定数や素電荷という物理学の基本定数で説明できることだ。この発見には1985年のノーベル賞が贈られた。

　一方の超伝導も，基本的には極低温での現象であり，電子というミクロな存在が，マクロなスケールにおいて，ある種の秩序状態を生み出した現象といえる。1987年には高温超伝導の発見にノーベル賞が贈られた。

　この２つの特異な現象が，実は，物理学の深い部分で密接につながっているというのだ。たとえばフェルミオンである電子が，３つの磁束量子を伴った「複合ボゾン」であると考えると，超伝導状態になることができ，超伝導状態になった複合ボゾンには，量子ホール効果が起こることがわかった。

　さらには，絶縁体と金属の性質を同時に示す物質状態が存在するという信じられない予言さえ登場した。しかし，最近の実験で，この事実も確かめられた。このようにエキサイティングな事実が次々に発見され，より本質的な物理学的世界が見えてきた。（編集部）