発表のポイント

• 室温超伝導物質を発見するため、現段階で最も高温で超伝導になる銅酸化物の超伝導のしくみを詳細に調べる研究が精力的に行われている。
• 電子ドープ型銅酸化物超伝導体の電荷秩序は、超伝導の発現とは無関係であることを量子ビーム測定により解明。
• 電子ドープ型における電荷秩序の性質は、ホールドープ型と比べて大きく異なることを発見。

概要

　国立大学法人東北大学金属材料研究所とスタンフォード線形加速器国立研究所を中心とする国際研究チームは、電子ドープ型銅酸化物の非超伝導試料と超伝導試料の電荷秩序と電子構造の違いを世界で初めて明らかにしました。

　銅酸化物高温超伝導体は、絶縁体である母物質（モット絶縁体）に電荷を注入すること（電荷ドープ）で超伝導が発現します。電荷ドープには電子を取り除いて孔（ホール）をあける「ホールドープ型」と、電子を加える「電子ドープ型」の2種類があります。超伝導体において、特に電子ドープ型の性質は未解明な部分が多く、超伝導との関わりやホールドープ型と性質の違いについては理解が進んでいませんでした。

　本研究では電子ドープ型銅酸化物の非超伝導試料と超伝導試料の電子構造の違いを直接比較するため、本研究チームが得意とする共鳴軟X線散乱と角度分解光電子分光を組み合わせて実験を行いました。その結果、電荷密度波（電荷秩序の指標）の起源がそれまで考えられていたフェルミ面の不安定性によるものではないことを明らかにしました。また電荷秩序の存在は超伝導の発現と相関がないこともわかりました。本研究により、電子ドープ型における電荷秩序の性質がホールドープ型と比べて大きくことなることを明らかにしました。

　本研究内容は2017年12月15日にPhysical Review Xにオンライン掲載されました。

論文情報
雑誌名 : Physical Review X
タイトル : Superconductivity-insensitive order at q ~ 1/4 in electron doped cuprates
著者 : H. Jang,1 S. Asano,2 M. Fujita,2 M. Hashimoto,1 D. H. Lu,1 C. A. Burns,1,3 C.-C. Kao,4 and J.-S. Lee1
所属 : 1Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, SLAC National Accelerator Laboratory, 2Institute for Materials 虎扑电竞, Tohoku University, 3Dept. of Physics, Western Michigan University, 4SLAC National Accelerator Laboratory
DOI : 10.1103/PhysRevX.7.041066

図：Nd2-xCexCuO4のx = 0.15（NCCO）の（a）annealed試料と（b）as-grown試料のRSXSスペクトル。いずれのスペクトルもq ~ 1/4にピークがあります。NCCOの（c） annealed試料と（d）as-grown試料のARPESにより観測したフェルミ面。（e） （π, 0）周りでky方向にカットしたスペクトル（（c）（d）における白線）。赤線は、RSXSスペクトルのピーク位置の波数q ~ 1/4を示しており、●と〇のネスティングベクトルと一致していません。

詳細（プレスリリース本文）

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