高温超伝導体の特殊磁束フロー状態の精密観測とテラヘルツ帯電磁波発生への展開

高温超导体中特殊磁通流状态的精确观测及太赫兹波段电磁波产生的发展

基本信息

批准号：
15740208
负责人：
内藤智之
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Japan Advanced Institute of Science and Technology
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 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

酸化物高温超伝導体の超伝導は主にCuO_2面が担っている。また、超伝導電子対がd波対称性を持つことから超伝導ギャップ関数が4回対称性を示す。そこで本研究では、磁場を超伝導面に対して平行に印加した場合に誘起されるジョセフソン磁束系の振る舞いをCuO_2面面内異方性の関数として詳細に調べることを目的とした。実験には典型的な高温超伝導体のひとつであるYBa_2Cu_3O_<7-δ>単結晶を用いた。酸素欠損量δを精密酸化熱処理を行うことにより超伝導キャリアドープ量を調整し、超伝導転移温度が90K級の90K相試料のうち最適ドープ、過剰ドープ、および不足ドープの3種類を用意した。各試料の電気抵抗率を温度および角度の関数として最大27テスラの磁場中で測定した。その結果、最適ドープ試料においてジョセフソン磁束系の一次相転移が観測された。一方、過剰および不足ドープの両試料においては二次相転移のみが観測された。これは、ジョセフソン磁束系の相転移が酸素欠損量、すなわち点状欠陥によるピン止め効果に単純に依存しないことを意味している。つまり、他にジョセフソン磁束系相転移を支配するピン止め中心があることになる。そこでジョセフソン磁束ピン止めの面内異方性を詳細に測定した結果、過剰および不足ドープ試料ではd波対称性起因の磁束ピン止めが強く、最適ドープ試料では非常に弱いことが明らかとなった。磁束系の相転移は、ピン止め効果が弱い場合は一次となり、強い場合は二次になることが知られているので、このd波ピン止め効果のキャリア濃度依存性は上記相転移の結果とよく一致する。ここで得られた結果は、ジョセフソン磁束系の振る舞いは超伝導ギャップの4回対称性を反映したピン止めの面内異方性の関数として調べることが不可欠であることを初めて示したものである。

高温氧化物超导体的超导性主要是由CuO_2晶面引起的。此外，由于超导电子对具有d波对称性，因此超导间隙函数表现出4重对称性。因此，本研究的目的是详细研究当平行于超导表面施加磁场时，约瑟夫森磁通系统的感应行为作为 CuO_2 面内各向异性的函数。实验中我们使用的是典型的高温超导体之一的YBa_2Cu_3O_<7-δ>单晶。通过精密氧化热处理来调整超导载流子掺杂量，减少氧空位δ量，制备出最佳掺杂、过掺杂和欠掺杂三种超导转变温度为90K级的90K相样品。在高达 27 特斯拉的磁场中测量每个样品的电阻率作为温度和角度的函数。结果，在最佳掺杂样品中观察到约瑟夫森通量系统的一级相变。另一方面，在过度掺杂和掺杂不足的样品中仅观察到二级相变。这意味着约瑟夫森通量系统的相变并不简单地取决于氧空位的数量，即点缺陷引起的钉扎效应。换句话说，还有另一个钉扎中心控制着约瑟夫森通量系统的相变。通过对约瑟夫森磁通钉扎面内各向异性的详细测量，我们发现，由于 d 波对称性，磁通钉扎在过度掺杂和欠掺杂样品中很强，但在最佳掺杂样品中非常弱。已知磁通系统中的相变在钉扎效应较弱时为一阶相变，在钉扎效应较强时为二阶相变，因此该 d 波钉扎效应的载流子浓度依赖性是上述结果的结果相变匹配良好。这里获得的结果首次表明，有必要研究约瑟夫森通量系统作为钉扎面内各向异性函数的行为，这反映了超导间隙的四重对称性。