走査トンネル顕微鏡による銅酸化物超伝導体における電子状態に関する研究

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我々は、高温超伝導のTcに大きな影響を与えていると考えられているCuO2面外のSrサイト置換が原子レベルの局所的電子状態に与える影響を探るため、同じ(最適)キャリア濃度を保ちながら、異なる種類のランタノイドをSrサイトにドープして人為的に結晶構造の乱れ(CuO2面外乱れ)を導入したLnドープBi2201系高温超伝導体単結晶を2種用意し(Ln=La, Gd各20%)、その単結晶へき開面における低温STM/STS観測を行った。Tc=34KのLa-Bi2201では超伝導ギャップΔが約10meVから100meV(1σ=17meV)の不均一性が観測された。一方、さらにTcの低い(Tc=15K)のGd-Bi2201ではΔの空間的不均一性(1σ=22meV)がさらに増大していることが観測された。このことにより同じ最適ドープ量でも、ランタノイドのイオン半径の違いによるCuO2面外の結晶の乱れが、ナノスケールの超伝導ギャップ不均一性に大きく影響を与えていることがわかった。最適ドープBi2212の結果も含め、ナノスケールの電子的不均一性はTcの減少と共にリニアに増加し、結晶のディスオーダーがギャップの不均一性という形でTcの低下に作用していることを新たに見出した。この結果によりTcの高い超伝導体を探る上で重要な指針となり得ると考えられる。また、最近ロシアのEkimovらによって、ダイヤモンドに高濃度のホウ素ドーピングにより、超伝導の発現が発見され、世界中で注目されている。我々は、超伝導のより深い理解のため、銅酸化物とは異なる超伝導機構と考えられる高濃度ホウ素ドープダイヤモンド薄膜における低温STM/STS観測を試みた。(100)超伝導薄膜においては、Δ=1mV程度のギャップ構造を反映するスペクトルが観測された。また(111)超伝導薄膜上で、数百mV程度の範囲で詳細なスペクトルを観測したところ、電子状態を反映するいくつかのピークがナノスケールで変化している様子が観測された。それらは正負のピークが連動して変化していることから、見かけ上フェルミレベルが空間的に変化している可能性が考えられる。