STM分光による酸化物高温超伝導体の研究

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前年度に引き続き、酸化物超伝導体Bi_2Sr_2CaCu_2O_8における超伝導電子対波動関数の対称性をSTM分光測定により調べた。また、交流磁化率の測定により磁場侵入長の温度変化からも超伝導状態を詳しく調べた。これらの測定はCuのサイトをNiで置換した試料についても行い、超伝導発現の機構の解明を目指した。測定装置に関しては、より精度の良いSTM分光のデータを得るために、STM装置の除振系を改良するとともに、信号測定系のプリアンプを工夫した。交流磁化率測定についても、磁気シールドをより完全にすること等を試み、測定ノイズの低減を図った。Bi_2Sr_2CaCu_2O_8(T_c=87K)単結晶において得られたトンネル微分コンダクタンスは、ゼロバイアス付近でほぼゼロにまで減少し平坦な領域を示した。また、このコンダクタンス曲線において、ノーマル状態と超伝導状態における電子状態密度の保存則が確かめられた。この微分コンダクタンスより、超伝導ギャップは大きな異方性を持つがフェルミ面全体にわたり有限であることが明らかになった。したがって、超伝導電子対波動関数の対称性は純粋なd-波的異方性では説明できず、s-波の寄与が相当大きいことが結論される。さらに、交流磁化率から求めた磁場侵入長の温度依存は熱活性化型を示し、STM分光の結果を強く支持した。Bi_2Sr_2CaCu_<2-x>Ni_xO_y(T_c=75K)のSTM分光測定において得られたトンネルスペクトルは、ゼロバイアス付近で有限の微分コンダクタンスを残し、明確な超伝導ギャップ構造を示さなかった。この結果は、Niのもたらすrandomnessの効果によるものとも理解されるが、一方で試料の不均一性の問題も否定できないため、さらに精密な測定を継続している。また、磁場侵入長の温度変化は低温の広い温度域でT^2に比例することが見出された。このことは、超伝導ギャップがgaplessになっていることを示唆するが、厳密な結論にはSTM測定を含めた今後のさらなるデータの蓄積が必要と考えられる。