酸化物超伝導体における電子状態と超伝導の理論的研究

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01540289
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 立木 昌 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20028111)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 三郎 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60171485) ; 小山 富男 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (30153696) ; 松本 秀樹 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (40209648)
• Keywords: 酸化物超伝導体 / 電子状態 / 金属絶縁体転移 / 層状構造 / ピニング / 臨界電流 / トンネル効果 / 下部臨界磁場

Research Abstract

酸化物高温超伝導体の最重要研究課題は、超伝導機構の解明である。酸化物超伝導体の著しい特徴は、絶縁体状態に変化する境界領域で超伝導が発生することである。超伝導機構の解明の鍵は、この境界領域の特異な電子状態を理解することにあると考えられる。我々は、酸化物超伝導体の電子状態を理解するために、銅軌道と酸素軌道の混成模型から出発し、熱力学場理論によるグリ-ン関数法を用いて、混成により誘起されるスピン揺らぎと電荷揺らぎを取り入れた理論を展開した。その結果、我々の理論は、正孔(電子)のド-ピングに伴う電荷移動型の絶縁体状態から金属状態への以降を正しく記述することが解った。特に重要な成果として、絶縁体状態で占有P電子帯の上部が裾を引くこと、この占有P電子帯びに正孔が注入されるとフェルミ準位に新しい狭いバンドが成長することがあげられる。この新しい準位の出現により、電子状態を直接測定する光電子スペクトルや電子エネルギ-損失スペクトル、光電気伝導度等の実験を統一的に説明することができる。本年度は、研究計画に掲げた酸化物超伝導体の電子状態の理解が一応達成された。この電子状態と超伝導の関連を調べるのが次の目標である。
銅酸化物超伝導体は超伝導の強い層と弱い層の積み重さなった層状構造からなると見ることができる。この層状構造自体が本質的なピニング中心として働くことを提案し、この機構から臨界電流を求めることにより良質単結晶薄膜を用いた実験で得られている大きな臨界電流密議の値やその異方性を説明するこができた。この層状構造を用いてトンネル効果にみられるギャップ中の微細構造、低温での比熱や熱伝導の温度依存性、下部臨界磁場の低温での異常な増大等の実験結果を説明することもできた。これらの研究成果は銅酸化物超伝導体の超伝導状態の諸性質を理解する上で層状構造が重要であることを示唆している。

Research Products

• [Publications] Y.Fukuda,M.Nagoshi,T.Suzuki,Y.Namba,Y.Syono,and M.Tachiki: "Chemical states of Ba in YBa_2Cu_3O_<7-δ> studied by x-ray photoelectron spectroscopy." Phys.Rev.B. 39. 11494-11497 (1989)
• [Publications] M.Tachiki: "Electronic State and Supercinductivity in Oxide Superconductors." Prpc.of Tsukuba Seminar on High TC Superconductivity,(Tsukuba). 45-58 (1989)
• [Publications] T.suzuki,M.Nagoshi,Y.Fukuda,Y.Syono,M.Kikuchi,N.Kobayashi and M.Tachiki: "Chimical state of Tl in the superconductor Tl_2Ba_2Ca_2Cu_3O_<10> studied by x-ray photoelectron spectroscopy." Phys.Rev.B. 40. 5184-5186 (1989)
• [Publications] H.Matsumoto,M.Sasaki and M.Tachiki: "A New Narrow Band of Highly Correlated Electrons in Oxide Superconductors." Solid State Commun.71. 829-833 (1989)
• [Publications] H.Matsumoto,M.Sasaki and M.Tachiki: "Electronic States near the Metal-Insulator Transition in Oxide Superconductors." Physica C. 162-164. 221-222 (1989)
• [Publications] M.Tachiki and Takahashi: "Intrinsic Flux Pinning in High T_C Superconductors" Physica C. 162-164. 241-242 (1989)
• [Publications] Y.Fukuda,K.Terashima,Y.Nakanishi,T.Suzuki,M.Nagoshi,Y.Syono,and M.Tachiki: "Core-Level and Valence-Band Electronic States of Bi_2Sr_2Ca_<1-x>Y_xCu_2O_6 Studied by Photoemission." Physica C. 162-164. 1315-1316 (1989)
• [Publications] T.Suzuki,M.Nagoshi,Y.Fukuda S.Nakajima,M.Kikuchi,Y.Syono and M.Tachiki: "Core Level x-Ray Photoelectron Spectroscopy of TI-Ba-Ca-Cu-O Superconductor." Physica C. 162-164. 1387-1388 (1989)
• [Publications] T.Koyama and M.Tachiki: "Appearance of Narrow Band with Hole Doping in High T_C Superconducting Oxides." Physica C. 162-164. 1509-1510 (1989)
• [Publications] S.Takanashi,S.Ishihara and M.Tachiki: "Prorerties of the Superconductivity Caused by the Interaction Mediated by Charge Fluctuations." Physica C. 162-164. 1511-1512 (1989)
• [Publications] M.Tachiki and Takanashi: "Anisotropy of Critical Current in Layered Oxide Superconductors." Solid State Commu.72. 1083-1086 (1989)
• [Publications] Y.Fukuda,T.Suzuki,M.Nagoshi,Y.Syono,K.Oh-ishi,and M.Tachiki: "Valence-band and Cu 2p core-level electronic structures of Nd_<2-x>Ce_xCuO_4 studied by X-ray photoemission." Solid State Commu.72. 1183-1186 (1989)
• [Publications] H.Matsumoto,M.Sasaki and M.Tachiki: "Electronnic State in Oxide Superconductors." physical Reviewxs.
• [Publications] T.Koyama,N.Takazawa and M.Tachiki: "Anomalous temperature dependence of H_<c1> in layered oxide superconductors." Physica C.