STM/STSによる高温超伝導と磁場誘起反強磁性秩序の共存状態に関する研究

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近年、La系高温超伝導体における磁場下中性子散乱実験から磁場誘起反強磁性秩序が発見され、超伝導と反強磁性秩序の共存が注目されている。また、Bi系高温超伝導体における磁場中走査トンネル顕微鏡/分光(STM/STS)から磁束コア中で4倍周期(4×4)の2次元電荷秩序が発見され、反強磁性秩序との関連が指摘されている。さらに、同様な4×4電荷秩序がゼロ磁場でも存在することが希薄ドープのオキシクロライド高温超伝導体において報告されている。本研究では、高温超伝導体の磁場誘起反強磁性秩序を中性子散乱実験から、4×4電荷秩序をSTM/STS実験から調べ、それらの秩序状態と超伝導との関連について研究を行った。まず良質なLa系単結晶を作成し、磁場下中性子実験から磁場誘起反強磁性秩序の出現を確認した。同じ試料において4×4電荷秩序に関する知見を得るためにSTM/STSを行い、原子分解能のあるSTM像の観測に成功した(La系高温超伝導体では世界で最初の明瞭な原子像)。しかし、表面のラフネスのため4×4電荷秩序の直接観察までは至らなかった。ただし、電荷秩序に特徴的なゼロ度擬ギャップと呼ばれるギャップ様構造がトンネルスペクトルに見られた(La系高温超伝導体における最初のゼロ度擬ギャップの観測)。このことから、La系においても4×4電荷秩序が発達している可能性があると考えられる。また、Bi系において、磁場誘起反強磁性秩序が最も顕著に発達すると報告されているホール濃度p=0.12付近の試料を作成し、STM/STS実験を行った。その結果、p=0.12では、ゼロ磁場下においても超伝導状態で非常に強い4×4電荷秩序が現れることが分かった。このことから、p=0.12付近では超伝導状態と4×4電荷秩序が実空間で共存していると考えられる。以上の結果を論文にまとめ、低温国際会議(米国)で発表した。