トンネル顕微鏡による高温超伝導体の電子状態の研究

低温用トンネル顕微鏡(STM)を用いて高温超伝導体の電子状態を調べるため、Bi_2Sr_2CaCu_2O_8の超伝導相でSTM分光測定を行った。また、STM測定を補うために、磁場侵入長の測定も行った。単結晶試料の劈開面で行ったトンネル微分コンダクタンスの測定において、超伝導ギャップパラメターが空間変化をしていることを見いだした。また、ギャップパラメターの温度変化はBCS理論にしたがうことが解った。その一方で、劈開面におけるトンネル微分コンダクタンスはトンネル探針の試料表面からの距離に依存して大きく変化することも見つかった。このことは、層状構造からなる結晶において超伝導を担う電子が主としてCu-O層に存在することから、劈開面での測定では表面に現れるBi-O層などの半導体的な層と真空とからなる複雑なトンネル障壁を通して電子トンネルが起こることに起因するものとして理解された。このようなトンネル障壁の構造に依存する効果を除去するため、直接Cu-O層が表面に出ている劈開面に垂直な側面において測定を行った。その結果、トンネル探針の距離に依存しない微分コンダクタンスを得ることにより、超伝導状態の電子状態密度を正しく求めることに成功した。得られた状態密度から、超伝導ギャップは相当の異方性を示すものの、フェルミ面全体で有限であることが解った。この有限の超伝導ギャップは、磁化測定による磁場侵入長の温度変化が熱活性型であることからも確認された。得られた超伝導ギャップの大きさは、この物質が強結合超伝導体であるを示している。これらの結果から、高温超伝導において電子対波動関数の対称性は等方的なs-波が主であるが、異方性を与えるd-波の寄与も相当に大きいことが解った。

低温用トンネル顕微鏡(STM)を用いて高温超伝導体の電子状態を調べるため、Bi_2Sr_2CaCu_2O_8の超伝導相でSTM分光測定を行った。また、STM測定を補うために、磁場侵入長の測定も行った。単結晶試料の劈開面で行ったトンネル微分コンダクタンスの測定において、超伝導ギャップパラメターが空間変化をしていることを見いだした。また、ギャップパラメターの温度変化はBCS理論にしたがうことが解った。その一方で、劈開面におけるトンネル微分コンダクタンスはトンネル探針の試料表面からの距離に依存して大きく変化することも見つかった。このことは、層状構造からなる結晶において超伝導を担う電子が主としてCu-O層に存在することから、劈開面での測定では表面に現れるBi-O層などの半導体的な層と真空とからなる複雑なトンネル障壁を通して電子トンネルが起こることに起因するものとして理解された。このようなトンネル障壁の構造に依存する効果を除去するため、直接Cu-O層が表面に出ている劈開面に垂直な側面において測定を行った。その結果、トンネル探針の距離に依存しない微分コンダクタンスを得ることにより、超伝導状態の電子状態密度を正しく求めることに成功した。得られた状態密度から、超伝導ギャップは相当の異方性を示すものの、フェルミ面全体で有限であることが解った。この有限の超伝導ギャップは、磁化測定による磁場侵入長の温度変化が熱活性型であることからも確認された。得られた超伝導ギャップの大きさは、この物質が強結合超伝導体であるを示している。これらの結果から、高温超伝導において電子対波動関数の対称性は等方的なs-波が主であるが、異方性を与えるd-波の寄与も相当に大きいことが解った。