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ある种の铜の酸化物は、现在知られているあらゆる物质の中で最も高い温度で超伝导を示します。その仕组みは未だ解明されていませんが、超伝导が物质中の电子によって担われていることは分かっており、超伝导になる直前の金属状态において电子が示す异常な振る舞いが超伝导発现に深く関係していると考えられています。一般に、物质中には电子で満たされている低いエネルギー领域(ここでは负のエネルギー领域と呼びます)と、电子がいない高いエネルギー领域(正のエネルギー领域)があります。超伝导の仕组みを解明するには、铜酸化物中の电子构造について、负のエネルギー侧と正のエネルギー侧、両方を理解する必要があります。これまで、铜酸化物について、负のエネルギー领域は详しく调べられてきましたが、正のエネルギー领域については、これを実験的に调べる手段が乏しく、大部分が未知でした。

© Masatoshi Imada, 電子の分布強度の理論計算結果

東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻の酒井 志朗助教、求 幸年准教授、今田 正俊教授らは、この異常な金属状態の電子を調べ、電子の持つエネルギーのうち、従来見過ごされてきた正のエネルギー領域に、異常さを理解する鍵となる電子構造があることを見出しました。

本研究では、まず銅酸化物の理論模型についての大規模数値計算を行いました。同時に、パリ第7大学の実験グループと共同で、銅酸化物に、ある波長の光を当てた時に電子が放出する光の波長?強度分布を解析し、正のエネルギー側の電子構造を調べました。その結果、正のエネルギー領域のある範囲で電子が存在できないような構造(ギャップ)があることを明らかにしました。 このことは、超伝導が出現する元となる金属の電子構造が従来考えられてきたものとは本質的に異なることを示し、今後の高温超伝導発現機構の研究の流れを変えるものと期待されます。

论文情报

S.Sakai, S.Blanc, M.Civelli, Y.Gallais, M. Cazayous, M.-A. M?easson, Wen, J. Xu, G. D. Gu, G. Sangiovanni, Y. Motome, K. Held, A. Sacuto, A. Georges, and M. Imada,
“Raman-scattering measurements and theory of the energy-momentum spectrum for underdoped bBi2Sr2CaCuO8+δ superconductors: Evidence of an s-wave structure of the pseudogap”,
Physical Review Letters 111巻　107001 (2013), doi: 10.1103/PhysRevLett.111.107001.

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