超高分解能光電子分光による高温超伝導体の電子・ホール対称性の研究

利用超高分辨率光电子能谱研究高温超导体中的电子空穴对称性

• 批准号: 18840006
• 负责人: 松井 浩明
• 金额: $ 1.77万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18840006/
• 关键词: 高温超伝導体; 光電子分光; フェルミ面

本年度は、超高分解能光電子分光装置の整備・改良を中心に研究を進めた。具体的な作業内容としては、(1)装置の高分解能化のための電源系の高精度化、電圧制御系の最適化、(2)極低温化のための試料基盤および熱輻射シールドの改良、(3)試料表面劣化を抑えるためのAl箔紫外光フィルターの設置を行った。これらの改良の結果、高温超伝導体の電子状態を従来よりも精度良くかっ十分な統計精度をもって測定できる装置環境が整った。上記の作業と並行して、電子型高温超伝導体NCCOおよびPLCCOの電子構造と超伝導機構を明らかにするための光電子分光実験を行った。特に、電子型高温超伝導体における磁気相関と超伝導メカニズムの関係を明らかにすることを目的として、以下に挙げる項目について研究を行い、いくつかの重要な成果を得た。1)超伝導ギャップ対称性のドーピング依存性電子型高温超伝導体の超伝導ギャップは、ホール型の単純なd波対称性とは異なる異常な運動量依存性をもつことが明らかにされているが、これがキャリア濃度の変化に対してどのように変化するのかは明らかになっていなかった。電子型PLCCOの最適ドープ、過剰ドープ、極端過剰ドープの3種類の試料について、超高分解能光電子分光による超伝導ギャップ対称性の直接決定を行った。その結果、電子型高温超伝導体はキャリア濃度によってd波とs波という異なる対称性が競合・相転移する興味深い超伝導物質であることを実験的に明らかにした。2)電子の多体相互作用(準粒子)の起源シンクロトロン放射光を用いて、電子型NCCOのフェルミ面の軌道依存性の測定を行った。その結果、Cu3p-3d共鳴条件である74.5eVの励起光を用いた場合に、フェルミ面の構造が大きく変化することを見出した。この結果、電子型の超伝導は、電子-電子相互作用によるモット絶縁体における「フェルミ面の強い軌道依存性」の特徴を強く残した状態で発現していることを見出した。さらに、これまで電子型で観測されていなかったバンド分散のkink構造を観測することに成功し、ホール型と比較して明らかに異なるエネルギースケールをもつことを見出した。これにより、kink構造の起源として磁気励起の可能性が高いことを示唆した。本研究結果は、高温超伝導体のフェルミ準位近傍の電子状態が、ドープされたキャリアの種類(電子またはホール)に拘らず、磁気励起と強く結合していることを示す直接的な証拠を与えたと言え、超伝導機構の解明に大きく貢献するものと考えられる。以上の結果を含めた電子型高温超伝導体の高分解能角度分解光電子分光研究について、いくつかの国際・国内学会で口頭発表を行った。またこれらの機会に学外の理論研究者と議論を行い、実験結果の解釈に関する理解を深めた。

今年的研究重点是超高分辨率光电子能谱设备的维护和改进。具体工作包括（1）提高供电系统的精度和优化电压控制系统以提高器件的分辨率，（2）改进样品基板和热辐射屏蔽以降低温度。铝箔紫外线滤光片可抑制样品表面劣化。这些改进的结果是创建了一个设备环境，可以比以前更准确地测量高温超导体的电子状态，并具有足够的统计精度。在上述工作的同时，我们还进行了光电子能谱实验，以阐明电子高温超导体NCCO和PLCCO的电子结构和超导机理。特别是，为了阐明电子高温超导体中磁关联与超导机制的关系，我们开展了以下几项研究，并取得了多项重要成果。 1）超导能隙对称性的掺杂依赖性 人们已经发现，电子型高温超导体的超导能隙具有与霍尔型的简单d波对称性不同的不寻常的动量依赖性，但是，尚不清楚这是如何实现的。随载流子浓度的变化而变化。使用超高分辨率光电子能谱直接测定三种类型的 PLCCO 电子样品的超导带隙对称性：最佳掺杂、过度掺杂和极度过度掺杂。结果，我们通过实验证明了电子高温超导体是一种有趣的超导材料，其中d波和s波的不同对称性根据载流子浓度竞争并经历相变。 2）电子多体相互作用（准粒子）的起源我们使用同步辐射测量了电子NCCO费米面的轨道依赖性。结果发现，当使用74.5 eV的激发光（即Cu3p-3d共振条件）时，费米面的结构发生了显着变化。结果，我们发现，由于电子-电子相互作用，电子超导发生的同时保留了莫特绝缘体中费米表面的强轨道依赖性。此外，我们成功地观察到了电子型中未观察到的能带分散扭结结构，并发现其与空穴型相比具有明显不同的能级。这表明磁激发可能是扭结结构的起源。这项研究的结果提供了直接证据，表明高温超导体费米能级附近的电子态与磁激发强耦合，无论掺杂载流子的类型（电子或空穴），相信这将极大地促进磁激发。超导机理的阐明。我们在电子高温超导高分辨率角分辨光电子能谱研究方面在多个国际国内会议上做了口头报告，包括上述成果。我们还利用这些机会与校外的理论研究人员进行讨论，加深对如何解释实验结果的理解。

项目成果

Bulk and surface low-energy excitations in YBa_2Cu_3O_<7-d> studied by high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy

利用高分辨率角分辨光电子能谱研究 YBa_2Cu_3O_<7-d> 中的体相和表面低能激发

• 发表时间: 2007
• 期刊: Physical Review B 75
• 作者: K. Terashima;et. al.;N.Nakayama et al.
• 通讯作者: N.Nakayama et al.

Shadow bands in single-layered Bi_2Sr_2CuO_<6+d> studied by angle-resolved photoemission spectroscopy

角分辨光电子能谱研究单层Bi_2Sr_2CuO_<6d>中的阴影带

• 发表时间: 2006
• 期刊: Physical Review B 74・5
• 作者: Y.Harada;H.Kondo;S.Hashimoto;H.Fukazawa 他5名;H.Fukazawa 他6名;Y.Kohori 他5名;H.Fukazawa 他5名;K.Hachitani 他7名;K.Hachitani 他8名;K.Hachitani 他5名;H.Fukazawa 他5名;Y.Kohori 他6名;M.Kubota 他7名;Y.Kohori 他6名;K.Kudo;K.Kudo;T.Adachi;K.Nakayama
• 通讯作者: K.Nakayama

Angle-resolved photoemission spectroscopy of the insulating Na_xWO : Anderson localization, polaron formation, and remnant Fermi surface

绝缘 Na_xWO 的角分辨光电子能谱：安德森定位、极化子形成和剩余费米面

• 发表时间: 2006
• 期刊: Phys. Rev. Lett. 96
• 作者: Fujita;Y.;Suzuki;T.K.;Kudoh;T.;Yokoyama;T.;K.Nakayama;K.Nakayama;S.Raj
• 通讯作者: S.Raj