「電子液晶」が超伝導に与える影響を直接観測

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高温超伝導を理解する手がかり

2018/05/26 理化学研究所 京都大学 東京大学

理化学研究所(理研)創発物性科学研究センター創発物性計測研究チームの花栗哲郎チームリーダー、京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻の笠原成助教、東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻の芝内孝禎教授らの共同研究グループは、鉄系超伝導体[1]の一種であるセレン化鉄において、電子状態が一軸的方向性[2]を持つ「電子液晶[3]」状態が超伝導に大きな影響を与えていることを実験的に明らかにしました。

電子液晶は鉄系超伝導体だけでなく、銅酸化物高温超伝導体[4]など、通常の超伝導を記述するBCS理論が当てはまらない非従来型超伝導体[5]において広く観測される現象です。今回の発見は、非従来型超伝導体に普遍的な学理を構築する上で役立つだけでなく、新超伝導体の探索にもヒントを与えます。

電子液晶と非従来型超伝導との関連はこれまでも議論されていましたが、両者の相関を直接示す証拠は見つかっていませんでした。今回、共同研究グループは、セレン化鉄における電子の方向性をセレンの一部を硫黄で置き換えることによって系統的に制御し、それに伴う電子状態と超伝導状態の変化を走査型トンネル顕微鏡法/分光法[6]で詳しく調べました。その結果、方向性がなくなった途端に、超伝導を担う電子対の結合が突然弱くなることが分かりました。

本研究は、米国のオンライン科学雑誌『Science Advances』(5月25日付け:日本時間5月26日)に掲載されます。

電子状態の一軸的方向性を反映する電子の干渉模様の図

図 電子状態の一軸的方向性を反映する電子の干渉模様

※共同研究グループ

理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発物性計測研究チーム
チームリーダー 花栗 哲郎(はなぐり てつお)
上級研究員(研究当時) 岩谷 克也(いわや かつや)
上級研究員 幸坂 祐生(こうさか ゆうき)
研究員 町田理 (まちだただし)

京都大学大学院理学研究科
大学院生(研究当時) 綿重 達哉(わたしげたつや)
助教 笠原 成(かさはらしげる)
教授 松田 祐司(まつだ ゆうじ)

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