2020 Fiscal Year Research-status Report
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19K03716
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
佐野 和博 三重大学, 工学研究科, 教授 (40201537)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大野 義章 新潟大学, 自然科学系, 教授 (40221832)
中村 浩次 三重大学, 工学研究科, 教授 (70281847)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 第一原理計算 / 表面・界面系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的はいわゆる銅酸化物系の高温超伝導ではなく、AxWO3（タングステンブロンズ、Aはアルカリ金属類）の表面やFeSe/SrTiO3界面系で近年報告されている高温超伝導のメカニズムを解明することにある。これらの系は常圧下でありながら超伝導転移温度Tcは100K前後となっており銅酸化物系のそれに匹敵し極めて興味深い。いずれの系もバルク状態でも超伝導を示すが、そのTcは10K以下であり表面や界面の効果によりTcが大幅に上昇したk可能性が高いと言える。特にWO3系ではバルクに比べTcが20倍近く（Tc～120K）も上昇しているものがあり、驚異的と言えよう。
この系は実験的な検討が進んでおらず超伝導ペアの対称性としてs波的なものが示唆されているがまだはっきりしたことが言える段階ではない状況である。そこで本研究では、これらの超伝導機構の本質はフォノンと電子相関の協働にあると想定し、まずは第一原理計算により電子状態を詳細に調べた上で電子格子相互作用定数λを求めフォノン機構による超伝導への寄与を評価した。
その結果、Aの原子としてNaを使ったNaxWO3のバルク系では、Naのドープ量に応じてフォノンの引力が増大しTcもそれにつれて高くなる傾向を示す結果を得た。また電子相関の一種であるプラズマ振動の効果もフォノンと同程度に超伝導に寄与しており、この２つの効果を取り入れることにより、はじめて実験で得られているTcのNaドープ依存性の結果が理論的に再現できることが分かった。
さらにこれらの結果は、上記で述べたフォノンとプラズマ振動の引力メカニズムだけを考えたのでは高温超伝導を説明することができないという事も示している。これらの成果は論文としてまとめて公表済みである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では第一原理計算を用いてNaxWO3のバルク系の超伝導転移温度を計算し、その結果Naのドープ量に応じてTcが増大することを示すことが出来た。さらにドープ量に応じて変化するプラズマ振動に起因する電子間引力も考えることにより、Tcのドープ量依存性が実験結果と定量的に一致し、従来謎であったTcのドープ量依存性をうまく説明することに成功した。
本研究以外にもTcのドープ量依存性を検討した第一原理計算を用いた研究結果がいくつか報告されているが、いずれも定量的に実験結果を説明しているとは言い難く定性的な説明に留まっているものが多い。これらの研究と比較して本研究では、Tcのドープ量依存性を定量的に説明することに成功しており、実験結果で報告されているTcの特徴的な関数形を再現することができたのは大きな成果と言える。
従ってこの物質のバルク系における超伝導メカニズムは、キャリヤ密度が薄い系に普遍的に存在するプラズマ振動による引力をベースにフォノン機構をプラスしたメカニズムで説明できるということになる。これらの成果は論文としてまとめ公表することができたので、本研究は概ね順調に進展しているものと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
AxWO3系のバルク系における超伝導は、プラズマ振動の引力メカニズムが重要な役割を担っているが、高温超伝導を説明するものではなく、何らかの別のメカニズムが必要と考えれれる。
これに関しては、一つの可能性として構造相転移に伴う軌道秩序揺らぎによる引力メカニズムが挙げられる。この可能性を追求するために、第一原理計算の結果をもとにしたタイトバインディングモデルを構築し軌道秩序揺らぎをもたらす項を付加したモデル計算により超伝導転移温度Tcを評価する研究を従来より行っている。モデル計算ではランダム位相近似を用いて波数依存性や振動数依存をまともに数値計算しているが、温度を下げた現実的な計算をするためには、莫大な計算時間が必要となっている。そのため現状ではまだ現実的なパラメータ領域で計算が出来ていないのであるが今後さらに検討を進めていく予定である。
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| Causes of Carryover |
学会発表用に旅費を計上していたが、オンライン開催となったため不要となったため次年度使用額が生じた。今後は計算環境整備用にハードディスクやメモリーなどを購入する予定である。
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