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

1990 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 / 電荷揺らぎ / 光学電気伝導度 / 核磁気共鳴 / 磁束線状態 / 磁化曲線

Research Abstract

酸化物高温超伝導体の最も重要な研究課題は、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、絶縁体に隣接する金属状態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、この特殊な金属状態の電子状態を理解することにあると考えられる。前年度は、この系の電子状態を理解するために、銅軌道と酸素軌道の混成により誘起されるスピンと電荷の揺らぎを自己無撞着的に導入した計算により、電荷移動型ギャップ中に新しい多体の電子状態が形成されることを示した。今年度は、この電子状態を基礎にして光電子分光強度や光学電気伝導度などの物理量を計算し、これらの実験結果を説明した。これらの研究成果を7編の論文として発表した。この電子状態は大きな電荷揺らぎを伴うが、高温超伝導をもたらす電子間の引力の発生にこの電荷揺らぎがどの様に関係しているかを現在研究中である。
銅酸化物超伝導体は層状構造を持っているため、超伝導状態の電気的・磁気的性質に様々の特異な性質が現れる。前年度に、高温超伝導は何らかの引力相互作用によりCuO_2層で引き起こされており、他の層の超伝導は近接効果で誘起されているという模型を提出した。今年度は、この模型に基づき、光学電気伝導度の異方性や、各層のイオンでのナイトシフトや核磁気緩和率の温度依存性を計算した。その結果、多様性を示すこれらの物理量の実験結果を統一的に説明することができた。またこの層状構造中では磁束線構造が非常に異方的になっていることがわかり、磁化曲線がこの特異な磁束線構造により通常の超伝導体のものと異なったものとなることを予想した。これらの研究成果を10編の論文として、またその一部は第19回低温国際学会において招待講演として発表した。

Research Products

• [Publications] M.Tachiki: "Electronic State in Superconducting Copper Oxides" J.Mag.Mag.Mater.90ー91. 597-601 (1990)
• [Publications] M.Tachiki: "MetalーInsulator Transition in Oxide Superconductors" Prog.Theor.Phys.Supplement. 101. 353-369 (1990)
• [Publications] S.Ishihara: "Effective Hamiltonian and Electronic States in Oxide Superconductors" Physica B. 165ー166. 1005-1006 (1990)
• [Publications] H.Matsumoto: "New Narrow Band in the pーd Mixing Model of Oxide Superconductors" Physica B. 165ー166. 1023-1024 (1990)
• [Publications] Y.Fukuda: "Grain Boundaries of the YーBaーCuーO System studied by XーRay Photoelectron Spectroscopy (XPS)" Mol.Cryst.Liq.Cryst.184. 389-393 (1990)
• [Publications] T.Suzuki: "Effect of Ce Substitution and Reduction on the Electronic States of Nd_<2ーx>Ce_xCuO_<4ーy> studied by XーRay Photoemission" Phys.Rev.B. 42. 4263-4271 (1990)
• [Publications] M.Suzuki: "Magnetization Process in Ferromagnetic Superconductors" J.Phys.Soc.Jpn.59. 4103-4112 (1990)
• [Publications] S.Ishihara: "Effective Hamiltonian of Oxide Superconductors and a Narrow Band near the Fermi Level" Phys.Rev.B. 42. 10041-10051 (1990)
• [Publications] T.Koyama: "Flux Line in Layered Superconductors" Physica C. 172. 501-513 (1991)
• [Publications] H.Matsumoto: "Formulation of a SelfーConsistent Diagram Method" Phys.Rev.B. 43. (1991)
• [Publications] H.Matsumoto: "Electronic States in Oxide Superconductors" Phys.Rev.B. 43. (1991)
• [Publications] M.Tachiki: "Superconducting Properties in Layered Cuprate Oxides" Proc.of the 3rd Intern.Symposium on Superconductivity.
• [Publications] M.Tachiki: "Tunneling Conductance in Layered Oxide Superconductors" Z.Phys.B. 80. 161-166 (1990)
• [Publications] 立木 昌: "銅酸化物超伝導体の層状構造と超伝導" パリティ. 5. 34-39 (1990)
• [Publications] T.Koyama: "Anomalous Temperature Dependence of H_<c1> in Layered Oxide Superconductors" Physica C. 168. 69-78 (1990)
• [Publications] S.Takahashi: "Optical Conductivity in Superconducting Layered Cuprate Oxides" Physica C. 170. 505-512 (1990)
• [Publications] S.Takahashi: "Superconducting Properties in Layered Oxide Superconductors" Physica B. 165ー166. 1067-1068 (1990)
• [Publications] T.Koyama: "Anomalous Enhancement of H_<c1> in Layered Copper Oxide Superconductors" Physica B. 165ー166. 1105-1106 (1990)
• [Publications] M.Tachiki: "Theory of Superconductivity in Multilayer Systems" Proc.of the 19th Intern.Conf.on Low Temperature Physics(Physica B).
• [Publications] T.Koyama: "Magnetization Process in Layered Superconductors under a Magnetic Field Parallel to the Layers" (Physica C).