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東大、レアアース化合物における新奇な超伝導機構を解明

発表日:2017年8月10日

レアアース化合物における新奇な超伝導機構

1.発表者:

竹中 崇了(東京大学大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻 博士課程1年)

水上 雄太(東京大学大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻 助教)

芝内 孝禎(東京大学大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻 教授)

2.発表のポイント:

◆レアアース元素Ceをベースとした超伝導体において、その電子状態が明らかとなりつつあるが、超伝導発現機構は未解明であった。

◆不純物が超伝導電子に与える影響を30ミリケルビン(室温の約1万分の1の温度)の極低温まで詳細に調べた結果、磁気的な超伝導機構に特有の変化がないことが明らかになり、磁気的機構の可能性を完全に排除した。

◆電子間の相互作用が強い系で発現する超伝導の統一的理解に向けて、重要な手掛かりとなる。

3.発表概要:

東京大学大学院新領域創成科学研究科の竹中崇了大学院生、水上雄太助教、芝内孝禎教授らのグループは、京都大学、英ブリストル大学、仏エコール・ポリテクニーク、独マックスプランク研究所の研究者らと共同で、レアアース(希土類)元素Ce(セリウム)をベースとした超伝導体CeCu2Si2において、長年信じられてきた磁気的なゆらぎに基づく超伝導の機構では説明できない超伝導状態が実現していることを実験的に明らかにしました。

磁気的なゆらぎは、高温超伝導をはじめとした電子間の相互作用が強い系(強相関電子系、注1)で起きる超伝導のメカニズムとして最有力候補となっています。超伝導体における電子状態の対称性は超伝導発現機構と密接な関連があり、強相関電子系で実現する超伝導の代表例である銅酸化物高温超伝導体はd波型の対称性であることが知られています。1979年に発見されたレアアース系超伝導体CeCu2Si2はこのような強相関電子系における超伝導のプロトタイプかつ典型例あり、銅酸化物高温超伝導体と同様にd波型の対称性の電子状態をとると思われていました。しかし、最近の研究ではs波型の対称性であることが明らかになり(※)、超伝導の発現機構について再び注目が集まっています。今回、試料中の不純物が超伝導電子の壊れやすさに与える影響を30ミリケルビン(室温の約1万分の1の温度)の極低温まで詳細に調べた結果、磁気的機構に特有な低エネルギー状態の変化が全く現れないことが明らかになりました。この結果から、磁気的なゆらぎによる超伝導は、CeCu2Si2の超伝導発現機構から完全に排除されることになります。

本成果は、その発見以来長年に渡り議論が続いていたCeCu2Si2の超伝導発現機構に決定的な証拠を与える発見であり、電子同士の相互作用が強い系で発現する超伝導の統一的な理解に向けて重要な手掛かりとなることが期待されます。この研究成果は2017年8月14日の週付けで米国科学誌Physical Review Lettersにオンライン掲載される予定です。また、本成果はEditors'Suggestionに選出されました。

(※)2017年6月26日プレスリリース

「38年を経て明らかになった非従来型超伝導の「先駆け」物質の電子状態」

http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry576/

*リリース詳細は添付の関連資料を参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

発表内容などリリース詳細

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0453926_01.pdf

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