共鳴非弾性軟X線散乱による銅酸化物高温超伝導体における電子分数化の研究

二次元伝導系に特徴的な電荷集団励起である”音響プラズモン”は、これまで電子ドープ系銅酸化物高温超伝導体の軟X線非弾性散乱（RIXS）測定によってのみ観測されてきたが、ホールドープ型銅酸化物高温超伝導体La2-xSrxCuO4（LSCO）においても酸素K吸収端でRIXS測定を行うことによって音響プラズモンを観測した。ホールドープ系で伝導を担う酸素pホールの集団励起が、酸素Ｋ吸収端を利用することによって強まったものと考えられる。擬ギャップ形成機構として最近提案されている電子の分数化機構を検証するために、Bi2Sr2CaCu2O8+d（Bi2212）の酸素K吸収端および銅L吸収端でRIXSを測定し、電子の分数化を表す “二成分フェルミオン・モデル”による解析を行った。最適ドープ試料の超伝導点移転の上下で（擬ギャップ相と超伝導相で）RIXSスペクトルの巨大な変化を見出し、擬ギャップ相のない過剰ドープ試料ではスペクトルは温度変化しなかったことから、巨大な温度変化が擬ギャップの形成によることがわかった。さらにその温度変化は、電子の分数化を表現した二成分フェルミオン・モデルで説明できた。一方、他の擬ギャップ形成機構として提案されているネマチック秩序も検討したが、微量ドープ領域では相図を説明できないことがわかった。また、上記の二成分フェルミオン・モデルを含む銅酸化物高温超伝導体の理論研究の多くでは、より現実的なCu 3d軌道と酸素ｐ軌道を含む”３バンド・ハバード・モデル”ではなく、簡単化された１バンドのハバード・モデルが用いられてきた。１バンド・モデルの正当性と両ハバード・モデルの関係を定量的に理解するために、両モデル間でパラメータを変換する簡易な方法を物理的考察に基づいて導いた。

二次元伝導系に特徴的な電荷集団励起である”音響プラズモン”は、これまで電子ドープ系銅酸化物高温超伝導体の軟X線非弾性散乱（RIXS）測定によってのみ観測されてきたが、ホールドープ型銅酸化物高温超伝導体La2-xSrxCuO4（LSCO）においても酸素K吸収端でRIXS測定を行うことによって音響プラズモンを観測した。ホールドープ系で伝導を担う酸素pホールの集団励起が、酸素Ｋ吸収端を利用することによって強まったものと考えられる。擬ギャップ形成機構として最近提案されている電子の分数化機構を検証するために、Bi2Sr2CaCu2O8+d（Bi2212）の酸素K吸収端および銅L吸収端でRIXSを測定し、電子の分数化を表す “二成分フェルミオン・モデル”による解析を行った。最適ドープ試料の超伝導点移転の上下で（擬ギャップ相と超伝導相で）RIXSスペクトルの巨大な変化を見出し、擬ギャップ相のない過剰ドープ試料ではスペクトルは温度変化しなかったことから、巨大な温度変化が擬ギャップの形成によることがわかった。さらにその温度変化は、電子の分数化を表現した二成分フェルミオン・モデルで説明できた。一方、他の擬ギャップ形成機構として提案されているネマチック秩序も検討したが、微量ドープ領域では相図を説明できないことがわかった。また、上記の二成分フェルミオン・モデルを含む銅酸化物高温超伝導体の理論研究の多くでは、より現実的なCu 3d軌道と酸素ｐ軌道を含む”３バンド・ハバード・モデル”ではなく、簡単化された１バンドのハバード・モデルが用いられてきた。１バンド・モデルの正当性と両ハバード・モデルの関係を定量的に理解するために、両モデル間でパラメータを変換する簡易な方法を物理的考察に基づいて導いた。