2017 Fiscal Year Annual Research Report
STM/STS and ARPES studies on impurity effects on high-temperature superconductivity and pseudogap in cuprates
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15K05155
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小田 研 北海道大学, 理学研究院, 教授 (70204211)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒澤 徹 北海道大学, 理学研究院, 助教 (10615420)
吉田 紘行 北海道大学, 理学研究院, 助教 (30566758)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 高温超伝導 / 銅酸化物 / 強相関電子系 / 不純物効果 / 準粒子束縛状態 / 超格子構造 / エネルギーギャップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ビスマス系銅酸化物高温超伝導体の純粋な系（Bi2212）とCuサイトに少量の磁性不純物Niを添加した系（Ni-Bi2212）でSTM/STSとARPESを行い、その電子状態を調べることにより、超伝導に対する異常な不純物効果や擬ギャップ等のギャップと関係する超格子の性質に関する知見を得る。今年度は以下に記す成果を得た。
１．Bi2212の電子系の大きな特徴の一つは、そのフェルミ面が（超伝導転移に実効的な）ｄ波タイプの超伝導ギャップが開くフェルミアーク（FA）と擬ギャップやペアリング・ギャップが開くアンタイノード（AN）領域に二分されることである。STM/STS実験では、これらの領域の電子状態を反映する超格子間の位相関係を調べることにより、両者間には何らかの相互作用があることが明らかとなった。このことは、FAで起こる超伝導にAN領域の特異な電子状態が関わっていることを示唆するものと考えられる。
２．Bi2212のSTSスペクトルの空間依存性を調べた結果、FAのｄ波超伝導ギャップがCuスピン間の反強磁性結合エネルギーJの空間変動を齎す一次元超格子と同じ周期で変動することが明らかとなった。また、STSスペクトルにおいて超伝導ギャップ端（Δ）より少し高いエネルギーに現れるdip構造は反強磁性共鳴モードに起因すると考えられているが、その特性エネルギーΩもJの空間変動と相関する。今年度の研究では、超伝導ギャップの空間変動はJと同位相であるのに対して、ΩはJと逆相関の関係にあることも明らかとなった。
３．Ni-Bi2212のARPES実験ではΔとΩに対するNi不純物効果は確認されていないが、STM/STS実験では、Ni不純物の周りでΔの減少と反強磁性共鳴モード・エネルギーΩの増大が同時に観測され、Cuスピン間の反強磁性結合JがNi不純物の周囲で局所的に弱められることが明らかとなった。
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[Journal Article] Direct observation of orbital hybridisation in a cuprate superconductor2018
Author(s)
Matt C. E.、Sutter D.、Cook A. M.、Sassa Y.、Mnsson M.、Tjernberg O.、Das L.、Horio M.、Destraz D.、Fatuzzo C. G.、Hauser K.、Shi M.、Kobayashi M.、Strocov V. N.、Schmitt T.、Dudin P.、Hoesch M.、Pyon S.、Takayama T.、Takagi H.、Lipscombe O. J.、Hayden S. M.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Neupert T.、Chang J.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 9
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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