STM/STSによる高温超伝導と磁場誘起反強磁性秩序の共存状態に関する研究

STM/STS研究高温超导与磁场感应反铁磁序共存

• 批准号: 15740193
• 负责人: 桃野 直樹
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15740193/
• 关键词: 銅酸化物高温超伝導体; STM; STS; 磁場誘起反強磁性秩序; 電荷秩序; 磁束コア; 銅酸化物高温超伝導; 超伝導ギャップ

近年、La系高温超伝導体における磁場下中性子散乱実験から磁場誘起反強磁性秩序が発見され、超伝導と反強磁性秩序の共存が注目されている。また、Bi系高温超伝導体における磁場中走査トンネル顕微鏡/分光(STM/STS)から磁束コア中で4倍周期(4×4)の2次元電荷秩序が発見され、反強磁性秩序との関連が指摘されている。さらに、同様な4×4電荷秩序がゼロ磁場でも存在することが希薄ドープのオキシクロライド高温超伝導体において報告されている。本研究では、高温超伝導体の磁場誘起反強磁性秩序を中性子散乱実験から、4×4電荷秩序をSTM/STS実験から調べ、それらの秩序状態と超伝導との関連について研究を行った。まず良質なLa系単結晶を作成し、磁場下中性子実験から磁場誘起反強磁性秩序の出現を確認した。同じ試料において4×4電荷秩序に関する知見を得るためにSTM/STSを行い、原子分解能のあるSTM像の観測に成功した(La系高温超伝導体では世界で最初の明瞭な原子像)。しかし、表面のラフネスのため4×4電荷秩序の直接観察までは至らなかった。ただし、電荷秩序に特徴的なゼロ度擬ギャップと呼ばれるギャップ様構造がトンネルスペクトルに見られた(La系高温超伝導体における最初のゼロ度擬ギャップの観測)。このことから、La系においても4×4電荷秩序が発達している可能性があると考えられる。また、Bi系において、磁場誘起反強磁性秩序が最も顕著に発達すると報告されているホール濃度p=0.12付近の試料を作成し、STM/STS実験を行った。その結果、p=0.12では、ゼロ磁場下においても超伝導状態で非常に強い4×4電荷秩序が現れることが分かった。このことから、p=0.12付近では超伝導状態と4×4電荷秩序が実空間で共存していると考えられる。以上の結果を論文にまとめ、低温国際会議(米国)で発表した。

近年来，通过磁场中子散射实验，在La基高温超导体中发现了磁场诱发的反铁磁有序，超导与反铁磁有序的共存引起了人们的关注。此外，利用磁场扫描隧道显微镜/能谱（STM/STS）在Bi基高温超导体的磁通芯中发现了具有四倍周期（4×4）的二维电荷序，及其关系已发现具有反铁磁序。此外，据报道，即使在零磁场下，稀掺杂氯氧化物高温超导体也存在类似的 4×4 电荷顺序。在这项研究中，我们利用中子散射实验研究了高温超导体中磁场感应的反铁磁有序性，并利用STM/STS实验研究了4×4电荷有序性，并研究了这些有序态与超导性之间的关系。首先，我们制造了高质量的La基单晶，并通过磁场下的中子实验证实了磁场诱导的反铁磁有序的出现。对同一样品进行STM/STS以获得有关4×4电荷顺序的知识，并成功观察到原子分辨率的STM图像（世界上第一张清晰的La基高温超导体原子图像）。然而，由于表面粗糙，无法直接观察 4×4 电荷顺序。然而，在隧道光谱中观察到了一种称为零度赝能隙的间隙状结构，它是电荷排序的特征（在La基高温超导体中首次观察到零度赝能隙）。这表明 La 系统中也可能发展出 4×4 电荷顺序。此外，在Bi体系中，我们制备了空穴浓度在p=0.12左右的样品，据报道，磁场诱导的反铁磁序发展最显着，并进行了STM/STS实验。结果发现，当p=0.12时，即使在零磁场下，超导态也会出现非常强的4×4电荷序。这表明超导态和 4×4 电荷序共存于 p=0.12 附近的实空间中。上述结果总结在一篇论文中，并在国际低温会议（美国）上发表。

项目成果

STM/STS study on local electronic states of underdoped Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>

欠掺杂Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>局域电子态的STM/STS研究

• 发表时间: 2005
• 期刊: Int.J.Mod.Phys.B 19
• 作者: K.Mimura;et al.;N.Momono et al.;A.Hashimoto et al.;N.Momono et al.;R.Gilardi et al.;N.Momono et al.
• 通讯作者: N.Momono et al.

STM/STS Study on Local Electronic States of La_<2-x>Sr_xCuO_4

La_<2-x>Sr_xCuO_4局域电子态的STM/STS研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: The AIP Conference Proceedings of 24^<th> International Conference on Low-Temperature Physics In press
• 作者: K.Mimura;et al.;N.Momono et al.
• 通讯作者: N.Momono et al.

M.Oda: "Electronic phase diagram of La_<2-x>Sr_xCuO_4"Journal of Physics and Chemistry of Solids. (in press). (2004)

M.Oda：“La_<2-x>Sr_xCuO_4 的电子相图”固体物理与化学杂志。

STM/STS study on 4a x 4a electronic charge order of superconducting Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>

超导Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> 4a x 4a电子电荷序的STM/STS研究

• 发表时间: 2005
• 期刊: J.Phys.Soc.Jpn. 74
• 作者: K.Mimura;et al.;N.Momono et al.;A.Hashimoto et al.;N.Momono et al.
• 通讯作者: N.Momono et al.

R.Gilardi: "Field-induced hexagonal to square transition of the vortex lattice in overdoped La_<1.8>Sr_<0.2>CuO_4"Physica C. (in press). (2004)

R.Gilardi：“过掺杂 La_<1.8>Sr_<0.2>CuO_4 中涡旋晶格的场诱导六角形到方形转变”Physica C.（正在出版）。