超伝導2硼化物の部分電子状態密度の軟X線吸収・発光分光による研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540330
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 山田 修義 電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (40017405)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 正満 理化学研究所, 播磨研究所, 研究員 (00300674) ; 黒木 和彦 電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (10242091) ; 小口 多美夫 広島大学, 大学院・先端物質科学研究科, 教授 (90253054) ; 中村 仁 電気通信大学, 電気通信学部, 助手 (50313416)
• Keywords: 超伝導 / MgB_2 / 放射光 / X線吸収分光 / X線発光分光

Research Abstract

2001年にその超伝導性が発見された2ホウ化マグネシウム(MgB_2)は、金属の超伝導体としては27年ぶりに超伝導転移温度をこれまでの23Kから約2倍近い39Kまで更新した。標準的な超伝導理論であるBCS理論では、転移温度の上限は30K程度と考えられており、これまでの常識を覆すMgB_2の超伝導発現機構の解明は、重要な課題である。バンド計算から、MgB_2の超伝導には、Bの2p軌道状態が重要であることが分かった。2ホウ化物の超伝導体には、他にNb_<1-x>B_2がある。本研究は、これら2ホウ化物の電子状態の研究を行ったものである。B-K吸収端近傍軟X線吸収・,発光分光法は、B-2pの電子状態を観測する有力な実験手法である。本研究では、Nb_<1-x>B_2等の多結晶の測定とともに、単結晶試料を用いたB-K吸収端近傍の軟X線吸収・発光分光の偏光測定により、B-2pの部分電子状態密度のpσ軌道とpπ軌道への軌道分離を行ない、バンド計算と比較した。MgB_2とAlB_2の測定結果からは、pσ軌道では擬ギャップが観測された。MgB_2では、フェルミ準位E_Fが擬ギャップの下にあるので、フェルミ準位近傍のpσの状態密度が高いのに対し、AlB_2では、フェルミ準位が擬ギャップの中にあり、フェルミ準位近傍のpσの状態密度がほとんど無い事がわかった。対照的に、pπ軌道はほとんど一様に広がり、2つの物質でフェルミ準位付近にほとんど同じ程度の状態密度が観測された。これは、MgB_2の超伝導にはB-2pσ軌道が重要な役割を演じている事を示している。また、NbB_2では、MgB_2では一様だったpπ部分状態密度で、Nbのd電子とBのp電子の混成によると思われる鋭いピークが見られ、Nb層とB層の結合が強くなっている事が示された。