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銅酸化物高温超伝導体の電子対形成機構を明らかにする上で、現在、電子対の対称性を調べることが急務となっている。申請者らは、銅酸化物高温超伝導体における電子対の対称性に関する知見を得ることを目的として、極低温用走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いてビスマス系銅酸化物高温超伝導体のトンネル分光(STS)を液体ヘリウム温度で行った。
購入されたターボ分子ポンプによりSTM/STSの実験に不可欠な清浄な試料表面が得られるようになり、以下のような成果が得られた。ビスマス系銅酸化物高温超伝導体の試料表面に存在するBi-O面の半導体ギャップよりも大きなバイアス電圧でSTM観察を行うことによってBi-O面の原子像が観測され、一方、小さなバイアス電圧ではBi-O面の内側に存在するCu-O面の原子像が観測された。低温で銅酸化物高温超伝導体の原子像が観測された例は非常に少なく、本研究はその数少ない成功例の一つである。しかも、超伝導の発現に本質的なCu-O面の原子像を観測したのは世界的に見ても申請者らが最初と思われる。さらに、Cu-O面の特定の原子サイトにおけるSTSを超伝導を示す低温で行うことにより、銅酸化物高温超伝導体の電子対の対称性がd波的である可能性で示唆する結果が得られた。この結果は銅酸化物高温超伝導体における電子対の形成機構を解明する上での重要な手掛かりとなる。
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