薄膜・ヘテロ構造における高温超伝導の研究：銅酸化物から鉄系高温超伝導体まで

薄膜和异质结构高温超导研究：从铜氧化物到铁基高温超导体

• 批准号: 17J04453
• 负责人: 窪田 大
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J04453/
• 关键词: 強相関電子系; 超伝導

本研究では、La2CuO4を母物質としたホールドープ量の異なる銅酸化物高温超伝導体の金属相と絶縁相の界面において、Tcが金属側のドープ量に依らずバルクにおける最適ドープでの最高転移温度にピン留めされる現象[1]の機構理解を試みた。通常、ホールドープされたLa2CuO4では、Tcがドープ量に対してドーム形の依存性を示すことが知られ、このようなTcのピン留め現象はバルクにはないヘテロ界面特有の現象と考えられる。最近の絶対零度計算によって、金属相と絶縁相からなるヘテロ界面において、相分離不安定性が超伝導秩序のドーピング非依存性を引き起こしている可能性が示唆された[2]。これにより相分離不安定領域のホール密度を持った層は実現されず、実際には相分離領域外の境界までホール密度が押し出される為にTcがピン留めされる、というメカニズムが提唱されている。しかし、このメカニズムを理論的に検証するには有限温度計算による相分離・超伝導領域の解明が不可欠である。このような背景から、本研究はハバード模型に対してクラスター動的平均場理論を適用し、絶縁相側と金属相の間の相分離領域に加え、d波超伝導領域を明らかにした。その結果、絶縁相側の超伝導領域は全て相分離で覆われ、実際に実現される超伝導転移温度は金属相側の相分離境界付近で最大となることが明らかになった。このことは、提唱されたメカニズムが有限温度においても成立し、実験結果を説明することを示唆している。さらに、実験の状況を再現した5層からなるヘテロ界面をハバード模型の枠組みで計算し、実際に界面のホール密度が相分離領域境界まで押し出されることを有限温度において確認した。[1] J. Wu et al., Nat. Mater. 12, 877 (2013)[2] T. Misawa et al., Sci. Adv. 2, e1600664 (2016).

在本研究中，在以 La2CuO4 为主体材料的不同空穴掺杂量的铜酸盐高温超导体的金属相和绝缘相之间的界面处，我们证明了在块体最佳掺杂条件下，Tc 是最高的转变，无论我们试图了解温度钉扎现象的机制[1]。一般来说，在空穴掺杂的La2CuO4中，Tc表现出对掺杂量的圆顶形依赖性，并且Tc的这种钉扎现象被认为是异质界面特有的现象，在本体中不会发生。最近的绝对零计算表明，相分离不稳定性可能导致由金属相和绝缘相组成的异质界面处的超导顺序的掺杂独立性[2]。结果，没有实现在不稳定相分离区域中具有空穴密度的层，并且已经提出了空穴密度实际上被推出到相分离区域外部的边界，从而钉扎Tc的机制。然而，为了从理论上验证这一机制，有必要通过有限温度计算来阐明相分离/超导区域。在此背景下，本研究将团簇动态平均场理论应用于哈伯德模型，除了绝缘相和金属相之间的相分离区域之外，还揭示了d波超导区域。结果表明，绝缘相侧的整个超导区域都被相分离覆盖，并且实际达到的超导转变温度在金属相侧的相分离边界附近达到最大值。这表明所提出的机制即使在有限温度下也成立，并解释了实验结果。此外，我们计算了由五层组成的异质界面，使用哈伯德模型框架重现了实验情况，并证实界面处的空穴密度实际上在有限温度下被推到相分离区域的边界。 [1] J. Wu 等人，Nat. 12, 877 (2013)[2] T. Misawa 等人，Sci. 2, e1600664 (2016)。

项目成果

電子相関とスピン軌道相互作用が生み出すSrRuO3の磁気異方性

电子关联和自旋轨道相互作用产生的 SrRuO3 磁各向异性

• 发表时间: 2017
• 作者: 窪田大;Liang Si;Karsten Held;今田正俊
• 通讯作者: 今田正俊