原子層レベルの金属シールドで高温超伝導から「ノイズ」を シャットアウト ― 理想的な高温超伝導層を実現 ―

2026-07-16 東京大学,東京理科大学,上智大学

東京大学、東京理科大学、上智大学の研究グループは、3層型銅酸化物高温超伝導体において、外側のCuO₂層のみを高伝導な金属状態へ制御し、電荷供給層から伝わる原子レベルの乱れ(ディスオーダー)を遮蔽する「原子層レベルの金属シールド」を実現した。外層を金属シールド、内層を超伝導層として役割分担させることで、内側のCuO₂層に乱れの少ない理想的な電子環境を形成し、超伝導コヒーレンスを大幅に向上させた。角度分解光電子分光(ARPES)により、内層では超伝導ギャップを維持したまま電子スペクトルが著しくシャープになることを確認し、理論研究で仮定されてきた「乱れのない理想的な超伝導層」を初めて実験的に実現した。本成果は、高温超伝導の発現機構の解明を前進させるとともに、超伝導材料や量子材料の新たな設計指針となることが期待される。

原子層レベルの金属シールドで高温超伝導から「ノイズ」を シャットアウト ― 理想的な高温超伝導層を実現 ―

<関連情報>

多層銅酸化物における外層金属遮蔽による超伝導コヒーレンスの向上 Superconducting coherence boosted by outer-layer metallic screening in multilayered cuprates

Junhyeok Jeong,Kifu Kurokawa,Shiro Sakai,Tomotaka Nakayama,Kotaro Ando,Naoshi Ogane,Soonsang Huh,Matthew D. Watson,Timur K. Kim,Cephise Cacho,Chun Lin,Makoto Hashimoto,Donghui Lu,Takami Tohyama,Kazuyasu Tokiwa & Takeshi Kondo
Nature Communications  Published:14 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-75295-z  Unedited version

Abstract

In multilayered high-Tc cuprates, the inner CuO2 planes (IPs) are spatially separated from dopant layers and thus remain cleaner than the outer planes (OPs). Here, we investigate five-layer (Cu,C)Ba2Ca4Cu5Oy (Cu1245) and three-layer Ba2Ca2Cu3O6(F,O)2 (F0223) using angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) and uncover an unprecedented situation, in which only the IPs become superconducting while the OPs remain metallic at low temperatures. Our model calculations indicate that over 95% of the OP wavefunction remains confined to OP itself, rendering superconducting proximity negligible. This interlayer decoupling realizes an ideal configuration—a single superconducting CuO2 layer screened from the dopant layer-induced disorder by heavily overdoped metallic OPs. The clean CuO2 layer exhibits a large superconducting gap with coherent Bogoliubov peaks extending beyond the antiferromagnetic zone boundary, and a widely extended coherent flat band at the Brillouin zone edge. These findings introduce the “degree of screening” as a physical parameter for probing competition between pseudogap and superconductivity, and for bridging typically disordered real materials with the idealized theoretical models.

1701物理及び化学
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