低エネルギー放射光を活用した銅酸化物高温超伝導体のノード準粒子構造の解明

銅酸化物系の高温超伝導体では、ノード近傍で形成される楕円錐状の準粒子分散が熱伝導率などの低エネルギー物性を決定づけており、その構造はフェルミ速度v_Fとギャップ速度v_2で特徴づけられる。本研究対象である銅酸化物高温超伝導体Bi2212は、CuO_2二重層に起因する結合と反結合バンドがノード周辺で近接しており、v_Fとv_2の決定が困難であった。そこで本研究では、低エネルギー放射光から得られる高い波数・エネルギー分解能と波長可変性を活用して結合と反結合バンドを分離して観測し、v_Fとv_2のホール濃度依存性を明らかにすることを目的とした。特に本年度は、不足ドープ領域の試料について角度分解光電子分光実験を行った。その結果、超伝導ギャップの波数依存性が高次の項を取り入れたd波のギャップ関数に従うことを見出した。また、ノード最近傍で評価したv_2と超伝導転移温度がよくスケールしていることを明らかにし、その比例係数を8.5と決定した。これは、ノード近傍のギャップが高温超伝導に関与していることを示唆している。昨年度までに得られたノード準粒子のフェルミ速度v_Fと多体相互作用に関する結果は、論文にまとめPHYSICAL REVIEW LETTERS誌にて公表し、中国新聞においても取り上げられた。これらの成果は、ノード準粒子の特異性と高温超伝導発現機構の解明に向けて大きく前進するものである。広島大学放射光科学研究センターに設置されているパルス・レーザー堆積装置を用いて、二層系銅酸化物高温超伝導体YBCOの薄膜単結晶試料の育成技術を確立し、試料最表面の終端条件を試行錯誤した。

銅酸化物系の高温超伝導体では、ノード近傍で形成される楕円錐状の準粒子分散が熱伝導率などの低エネルギー物性を決定づけており、その構造はフェルミ速度v_Fとギャップ速度v_2で特徴づけられる。本研究対象である銅酸化物高温超伝導体Bi2212は、CuO_2二重層に起因する結合と反結合バンドがノード周辺で近接しており、v_Fとv_2の決定が困難であった。そこで本研究では、低エネルギー放射光から得られる高い波数・エネルギー分解能と波長可変性を活用して結合と反結合バンドを分離して観測し、v_Fとv_2のホール濃度依存性を明らかにすることを目的とした。特に本年度は、不足ドープ領域の試料について角度分解光電子分光実験を行った。その結果、超伝導ギャップの波数依存性が高次の項を取り入れたd波のギャップ関数に従うことを見出した。また、ノード最近傍で評価したv_2と超伝導転移温度がよくスケールしていることを明らかにし、その比例係数を8.5と決定した。これは、ノード近傍のギャップが高温超伝導に関与していることを示唆している。昨年度までに得られたノード準粒子のフェルミ速度v_Fと多体相互作用に関する結果は、論文にまとめPHYSICAL REVIEW LETTERS誌にて公表し、中国新聞においても取り上げられた。これらの成果は、ノード準粒子の特異性と高温超伝導発現機構の解明に向けて大きく前進するものである。広島大学放射光科学研究センターに設置されているパルス・レーザー堆積装置を用いて、二層系銅酸化物高温超伝導体YBCOの薄膜単結晶試料の育成技術を確立し、試料最表面の終端条件を試行錯誤した。