磁性層を持つ電子ドープ型高温超伝導体の固有トンネル特性に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15740213
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 芝内 孝禎 京都大学, 工学研究科, 助教授 (00251356)
• キーワード: 銅酸化物高温超伝導体 / 固有トンネル特性 / 層間伝導 / 擬ギャップ / 高磁場物性 / 負の磁気抵抗 / パイジャンクション / ジョセフソン接合

研究概要

今年度の成果として次のような結果が得られている。
1.電子ドープ型高温超伝導体Sm_<2-x>Ce_xCuO_4単結晶を様々なCe濃度xについて作製し、その結晶を用いて微小メサ型構造、(10μm角x高さ数10nm)の作製を行なった。特にメサ上の電極部分の接触抵抗低減のためのアニール条件の最適化を行なった。現在までに数10Ω程度までの接触抵抗の低減に成功している。
2.得られたメサ構造を用いて超伝導層に垂直な方向(c軸方向)の伝導特性を調べた。転移温度20Kの試料において、常伝導状態でほぼ金属的な抵抗率の温度依存性を示したが、高磁場により超伝導を壊すことにより、低温領域で半導体的な抵抗率の上昇が現れた。さらに磁場を強くすると、その上昇が抑えられる負の磁気抵抗が見られた。このような振る舞いはホールドープ型のBi系高温超伝導体でも見られており、擬ギャップの存在を示唆している。
3.Smサイトの反強磁性転移が見られる5Kにおいてメサ伝導特性に顕著な変化は現れなかった。これは超伝導層間の絶縁層の磁気的な秩序がトンネル特性に及ぼす影響を議論する上で重要な情報となると考えられ、今後さらなる研究が必要である。
4.比較のために行なったBi系高温超伝導体におけるc軸伝導の高磁場特性から、磁場をc軸に平行に印加した場合とc軸に垂直に印加した場合で磁気抵抗を比較した。その結果、擬ギャップを閉じるのに必要な磁場が磁場方向によりあまり大きく変化しないことが明らかになり、ホールドープ型高温超伝導体の擬ギャップが、軌道の効果よりも方向に依存しないスピンの効果により支配されていることが示唆される。

研究成果

• [文献書誌] L.Krusin-Elbaum, T.Shibauchi, C.H.Mielke: "Null orbital frustration at the pseudogap boundary in a layered cuprate superconductor"Phys.Rev.Lett.. 92. 097005 (2004)
• [文献書誌] L.Krusin-Elbaum, T.Shibauchi, C.H.Mielke: "Null orbital frustration at the pseudogap closing field in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+y>"Physica C. (発表予定).
• [文献書誌] L.Krusin-Elbaum, T.Shibauchi, C.H.Mielke: "Phase diagram of cuprate superconductors at ultrahigh magnetic fields"Braz.J.Phys.. 33. 671-674 (2003)
• [文献書誌] 芝内孝禎: "高磁場層間伝導から見た高温超伝導体の擬ギャップ状態"京都大学低温物質科学研究センター誌. 4(発表予定).
• [文献書誌] L.Krusin-Elbaum, T.Shibauchi, G.Blatter: "Two limiting field scales in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+y> and the connection to the pseudogap"2003 NHMFL Annual Research Review. (発表予定).