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銅酸化物の研究を基盤とする新規超伝導体の設計指針の構築

基于氧化铜研究建立新型超导体设计指南

基本信息

批准号：
11J09446
负责人：
榊原寛史
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

採用3年目は、銅酸化物高温超伝導体の転移温度Tcを具体的に上昇させる方法について議論を行った。前年度で議論した圧力効果にっいて着目し、元素置換の効果によって格子定数を縮めることができた場合、同様の効果が得られると考えた。研究の対象として、水銀系銅酸化物について研究を行った。水銀系銅酸化物はイオン半径の大きい元素であるバリウムを含むが、このバリウム原子をストロンチウム等で置換し、イオン半径を小さくした場合に面内方向の格子定数が収縮する。これにより、d_x2-_y2軌道と混成する二つの軌道、4s軌道とd_<z2>軌道の混成効果を低下させることでTcが上昇することが、第一原理バンド計算から導出した有効模型に対して揺らぎ交換近似を適用した計算の結果より分かった。また、銅酸化物のTcの物質依存性についても理解を深めた。これまでの研究では、銅酸化物の中でも単位胞あたりに銅元素が一つある物質、所謂一層系についてのみTcと結晶構造の相関関係を議論してきたが、d_<z2>軌道混成が効く(それゆえTcが低下している)ことが理論的に示された物質はLa_2CuO_4のみであり、実質的にはLa_2CuO_4の転移温度の低さを説明する研究にとどまっていた。そのため、特に2層系銅酸化物について、広範囲の物質に渡ってこれまで行ってきた解析手法を拡張して適用した。具体的には、第一原理バンド計算を実行して電子のバンド構造を計算し、最局在ワニエ軌道を構築することで強束縛模型のホッピング積分を求めた。d_<z2>軌道を考慮した強束縛模型に対し揺らぎ交換近似を適用することで電子相関効果を取り込んだ計算を行った結果、転移温度が低い複数の2層系において、dz_2軌道混成がTcを低下させる要因になっていることが分かった。また、得られた結果をフェルミ面形状とTcの相関関係という観点から整理した結果、実験的に観測されるTcとフェルミ面形状の相関関係を良く説明することが分かった。この相関関係は理論的にも実験的にも長年興味が持たれており、重要な成果であると言える。

The temperature transition temperature Tc of copper acid high temperature superconductor was determined by a three-year method. In the past, the effect of element substitution was reduced. Research on the copper compounds of mercury series Mercury cuprate has a large radius of elements, a small radius of atoms, and a small lattice size in the in-plane direction. The <z2>results of the first principle calculations are derived from the equation of the orbital, d_x2-_y2, and d_orbital hybrids. Deep understanding of the substance dependence of Tc and Cuprate This paper discusses the correlation between single site cell, single layer system, Tc and crystal structure of copper compounds, and explains the theoretical relationship between single site cell, single layer <z2>system and Tc and the low transition temperature of La_2CuO_4. The analysis method of copper compounds in 2-layer system is applicable. In particular, the first principle of calculation is carried out to calculate the structure of the electron, and the strongest binding model is constructed to calculate the integral. d_<z2>Orbitals are considered to be strongly bound models for the exchange approximation, and the electron correlation results are calculated as a result of the shift in temperature and the decrease in Tc of a complex two-layer system. The correlation between the surface shape and Tc is well explained. The relationship between the two theories has long been interesting and important.