多層型銅酸化物高温超伝導体の電子状態の研究

多层铜酸盐高温超导体中电子态的研究

• 批准号: 20J12979
• 负责人: 國定 聡
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J12979/
• 关键词: 銅酸化物高温超伝導体; 角度分解光電子分光; オゾン; アニール

銅酸化物高温超伝導体の未解決問題の中で最も重要な問題として、「母物質であるモット絶縁体中の反強磁性電子と、キャリアを注入することで発現する高温超伝導電子との関係」が挙げられます。銅酸化物高温超伝導体は母物質であるモット絶縁体にキャリア注入することで超伝導が発現します。そのため、「反強磁性の中で超伝導電子が共存できるのか」、それとも「反強磁性を乱さなければ超伝導電子は形成されないのか」、という論争が生じました。この論争はそれらのフェルミ面の特徴から「小さなフェルミ面」と「大きなフェルミ面」問題と呼ばれます。しかし、先行研究では、「小さなフェルミ面」とも「大きなフェルミ面」とも異なる、アーク状のフェルミ面が観測されており、どちらが正しいか分かっておりませんでした。そこで本研究で我々は、構造的に平らでかつ電荷分布が均一で綺麗な超伝導結晶面を内部にもつ5層型の銅酸化物高温超伝導体に着目し、高いエネルギー分解能を持つレーザーを用いた角度分解光電子分光による電子構造の精密観測と強い磁場を用いた量子振動測定により、反強磁性の中で高温超伝導電子が共存していることを観測しました。これらの結果はこれまでの多くの先行研究で見せていた理論と実験間、または異なる手法の実験間での食い違いの結果とは異なり、非常に良い実験結果の一致を見せています。当該年度ではこの研究成果について、世界的に非常に権威のある学術誌であるScienceに特別研究員が第一著者の論文が掲載されました。またこの研究成果は日刊工業新聞「銅酸化物高温超電導体、反強磁性を形成 東大など解明」(2020/10/7 05:00)に掲載されました。また、令和2年度の研究計画である、多層型銅酸化物高温超伝導体において、広範囲のドープ領域での電子構造の観測から高温超伝導機構の解明を目指し、オゾン・真空アニール機構の設計、建設を行いました。

在未解决的氧化铜高温超导体的问题中，最重要的问题是母质材料，莫特绝缘子和高温超导电子中的抗铁磁电子之间的关系，这些电子是由注射载体产生的。超导性是通过将载体注入Mott的绝缘体（基质材料）来产生的。这导致了关于超导电子是否可以在抗势力磁性中共存，或者除非抗铁磁性受到干扰，否则是否不会形成超导电子。由于这些费米表面的特征，该辩论称为“小费米表面”和“大费米表面”问题。然而，先前的研究观察到类似弧状的费米表面，它与“小费米表面”或“大费米表面”不同，尚不清楚哪个是正确的。 In this study, we focused on a five-layer copper oxide high-temperature superconductor with structurally flat, uniform charge distribution and beautiful superconducting crystal planes inside, and observed that high-temperature superconducting electrons coexist in antiferromagnetism by precise observation of the electronic structure using angle-resolved photoelectron spectroscopy using a laser with high energy resolution and quantum vibration使用强磁场测量。这些结果表明，到目前为止，在许多先前的研究中已经表明的实验和实验差异之间的共识非常好。在今年，一位特别研究者的论文是第一作者，在《科学》上发表了，这是全球高度权威的学术杂志。这项研究的结果也发表在尼康Kogyo Shimbun，“供应氧化物高温超导体和反铁磁性：东京大学等人的评估”（2020/10/7 05:00）。此外，我们设计和构建了一个臭氧回火机制，目的是通过在广泛掺杂的地区观察电子结构来阐明高温超导体。

项目成果

Observation of small Fermi pockets protected by clean CuO2 sheets of a high-Tc superconductor

• DOI: 10.1126/science.aay7311
• 发表时间: 2020-08-14
• 期刊: SCIENCE
• 影响因子: 56.9
• 作者: Kunisada, So;Isono, Shunsuke;Kondo, Takeshi
• 通讯作者: Kondo, Takeshi