超高分解能光電子分光装置の建設と高温超伝導体における電子・ホール対称性の研究

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電子型・ホール型高温超伝導体における、超伝導ギャップと擬ギャップの関係、および両者と反強磁性相互作用との関係に主眼をおいた研究を行った。まず、電子型高温超伝導体Nd_2-xCe_xCuO_4のT_c以上の電子状態に対する、温度・ドープ量を変化させた系統的測定を行った。その結果、反強磁性相互作用の強い波数において擬ギャップの観測に成功し、擬ギャップ温度のドープ量依存性が、中性子散乱から報告されている反強磁性相関とよく対応することを見出した。これらの実験結果から、電子型における擬ギャップの起源が反強磁性相互作用であると結論した。初年度に報告した電子型Pr_1-xLaCe_xCuO_4の超伝導ギャップ対称性と併せて考察すると、超伝導ギャップも擬ギャップと同様に反強磁性相互作用の強い波数で最大となることから、電子型における超伝導発現には反強磁性相互作用が密接に関わっていることが示唆される。最適ドープの単層ホール型高温超伝導体La_2-xSrCuO_4(LSCO)に対する高分解能角度分解光電子分光を行い、超伝導ギャップ対称性の直接観測に成功した。その結果、超伝導準粒子が抑制を受ける波数領域において、超伝導状態のエネルギーギャップが異常な増大を示す事を明らかとした。更に同物質における擬ギャップの大きさが、超伝導状態におけるギャップと同程度である事を見出した。以上の実験結果から、LSCOの超伝導状態には擬ギャップと類似した状態が混在することを明らかとした。また、電子型とホール型に共通して、エネルギーギャップと反強磁性相互作用とが密接に関わっている事を示唆した。Cuを少量のZnで置換した不純物置換LSCOの高分解能角度分解光電子分光を行い、LSCOにおける多体相互作用の研究を行った。その結果、多体相互作用により現れる分散の折れ曲がり(kink)構造の不純物・波数・温度・エネルギー依存性が、中性子散乱で観測される磁気励起(磁気揺らぎ)と良く対応することを見出した。初年度に報告したBi_2Sr_2CaCu_2O_8+δにおける不純物効果との比較から、ホール型高温超伝導体の電子は、磁気揺らぎと強く結合していると結論した。