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Seminar
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近藤 猛 准教授が文部科学大臣表彰、若手科学者賞を受賞

東京大学物性研究所の近藤 猛 准教授が、平成29年度文部科学大臣表彰の若手科学者賞を受賞しました。この賞は、科学技術に携わる者の意欲の向上を図り、我が国の科学技術の水準の向上に寄与することを目的に定められたものです。

受賞対象となった研究は「酸化物高温超伝導体における擬ギャップ状態の研究」です。同氏は、銅酸化物高温超伝導体を対象に、電子構造のエネルギーギャップ(擬ギャップ)を角度分解光電子分光によって直接観察し、擬ギャップの超伝導への役割を解明しました。

銅酸化物高温超伝導体では、超伝導転移する温度(Tc)より遥か高温から擬ギャップが観測されることが知られていました。この擬ギャップは、超伝導の現れる前駆現象として発生するのか、あるいは超伝導とは無関係で、競合するのか、解釈が分かれていました。この問題に対し、同氏は角度分解光電子分光を用いて、バンド構造の詳細観察を行いました。そして、バンドに開くギャップの大きさに加えて、スペクトル量に着目することで、擬ギャップ状態が超伝導と競合する振る舞いを明確にしました(下図)。さらに、Tc以上で開くギャップは単一ではなく、擬ギャップ温度よりも比較的低温かつTcよりも十分高温から、電子対の形成に起因する”電子対ギャップ”が、擬ギャップ状態と競合しつつ発達することを見出しました。

これは、超伝導発現において擬ギャップが担う役割の解釈として前駆現象か競合かの二者択一的なものではなく、相補的であることを示しています。角度分解光電子分光で得られるスペクトルを従来通り運動量k点でのスペクトル関数として見るだけではなく、 実空間上を不均一に分布する電子の運動量kでの状態密度としてとらえるユニークな発想で研究を進めた結果、2種類のギャップが持つ競合関係を明確に示すことが可能となりました。

Bi2Sr2CuO6+dのスペクトル定量観測から浮き彫りになる超伝導と擬ギャップの競合関係。
(a)銅酸化物高温超伝導体の電子相図。測定した3つの試料を色丸で示す。(b) Bi2Sr2CuO6+dの結晶構造。(c)角度分解光電子分光の概略図。(d)バンド分散のスナップショット。(e)バンド構造の全体図。(f)スペクトル量の比較から解明した超伝導と擬ギャップの競合関係。
(g1-i1) Tc=23Kを示す不足ドープ試料(UD23K), Tc=35Kを示す最適ドープ試料(OP35K),及びTc=29Kを示す過剰ドープ試料(OD29K)に対し、Tc上下(黒線と色線)でノードからアンチノード方向まで測定したスペクトル。(g2-i2) Tc上下での差分スペクトル。色付けした正の面積から超伝導由来のコヒーレント成分(CP)が見積もられる。OD29Kでは、ギャップゼロのノード方向からギャップ最大のアンチノードに向けてCP量は単調に増加する。一方、OP35Kではアンチノード方向に向けてCP量が抑制される。その抑制現象はUD23Kでより顕著になる。

対象論文

  • [1]”Point nodes persisting far beyond Tc in Bi2212″ Nature Communications 6, 7699 (2015).
  • [2]”Anomalous Doping Variation of the Nodal Low-Energy Feature of Superconducting (Bi, Pb)2(Sr, La)2CuO6+δ Crystals Revealed by Laser-Based Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy” Physical Review Letters 110, 217006 (2013).
  • [3]”Disentangling Cooper-pair formation above the transition temperature from the pseudogap state in the cuprates.” Nature Physics 7, 21 (2011).
  • [4]”Competition between the pseudogap and superconductivity in the high-Tc copper oxides” Nature 457, 296 (2009).
  • [5]”Evidence for two energy scales in the superconducting state of optimally doped (Bi,Pb)2(Sr,La)2CuO6+δPhysical Review Letters 98, 267004 (2007).

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