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近年発見された銅酸化物の高温超伝導は反強磁性相に隣接して出現することから、反強磁性揺らぎと超伝導をもたらす電子対の形成機構との関連性に大変興味が持たれている。電子対の形成に反強磁性揺らぎが関与するときには、超伝導ギャップに反映される電子対波動関数の対称性は、d波のもので、フォノンを媒介とする従来型の超伝導の対称性(s波)とは異なることが示されている。したがって、銅酸化物における超伝導ギャップの対称性を明らかにすることは、その対形成の機構を解明する上で重要である。
本研究で申請者らは、Bi系銅酸化物高温超伝導体(Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>、略称Bi2212)におけるCu-O面(高温超伝導に本質的な原子面)の鮮明な走査型トンネル顕微鏡(STM)原子像を液体ヘリウム温度の極低温下で観測し、このSTM原子像を観測する過程でトンネル分光(STS)を行うことに成功した。
以下に得られた結果を列記する。
1)Bi2212におけるトンネル・スペクトルはCu-Oの結合方向に対して45°傾いた方向にノードを持つ超伝導ギャップと合致する。
2)STM探針を試料表面に極端に接近させるこのにより、ノードで超伝導ギャップの符号が反転するd波超伝導体で期待される非磁性不純物による電子対破壊が観測された。この結果とノードの方向に関する知見を考え合わせることにより、Bi2212の超伝導ギャップの対称性はd_<x2-y2>であることが明らかにされた。
3)電子対形成の相互作用の強さと関係する超伝導ギャップの大きさは、Cu-O面のキャリア濃度が小さくなると共に増大し、反強磁性相関の発達の程度と相関することが明らかにされた。
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