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

2003 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

2ホウ化マグネシウム(MgB_2)は2001年にその超伝導性が発見され、金属の超伝導体としては超伝導転移温度を、これまでの23Kから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。今年度は、MgB2,AlB2,ZrB2各単結晶の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pα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、初めてpσ軌道での擬ギャップを観測した。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軌道では、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。MgB2では、電子間相互作用が、高い超伝導転移温度の発現に寄与しているとの議論があるので、電子間相互作用について検討した。pσ軌道の電子状態密度のエネルギー変化での擬ギャップは、AlB2ではバンド計算と実験で3eVと、実験と理論で良い一致を示したが、MgB2では、理論では4eVであり、実験では3eVと1eVほどの不一致が観測された。電子間相互作用は、擬ギャップを広げる方向に働くと考えられ、実験では逆に狭くなっている。ホールのあるMgB2でこの不一致が起こっていることから、擬ギャップが狭くなったのはエキシトニック効果によるものと考えられる。以上の結果、この系は、電子問相互作用は、強くないと考えられる。

Research Products

• [Publications] Jin Nakamura, Shinya-Nasubito, Elkikabasawa, et al.: "Electronic structure of B 2p α and pπ states in MgB_2, AlB_2, ZpB_2 single crystals"Physical Review B. 68. 064515-1-064515-5 (2003)