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  研究課題の紹介
鉄ニクタイド系超伝導研究と物質開拓

氏名
佐藤 正俊 役職 名誉教授
所属 名古屋大学、(財)総合科学研究機構
※所属・役職名は研究参加期間終了時点のものとなります。

研究実施の概要(終了報告書より抜粋)

1)実施概要

 鉄系での超伝導機構が、新規なものかどうかに注目して研究を進めてきた。銅酸化物等でよく知られたスピン揺らぎ機構か、それとも多バンド系であることに由来した新しい機構かがその核心で、解明には、超伝導の対称性の決定が直接的である。逆格子空間内の点GとMの周りにある離れたフェルミ面上での超伝導オーダーパラメーター(Δ)が、異なる符号を持つ(S±対称性)ならスピン揺らぎ機構が、同一符号(S++対称性)なら新規機構が働いていると言えるからである。名大佐藤グループは、この符号変化を反映する3種類の物理量、超伝導転移温度Tc等への不純物効果、中性子磁気非弾性散乱スペクトルχ”(Q,ω) 、NMR 縦緩和率1/T1、を調べた。特に、不純物効果の実験結果を確立したほか、大型単結晶作成を通した中性子散乱実験やNMR測定の結果の考察を通して、S++対称性が実現している可能性が高いことを示した。これは、新規な超伝導機構が存在することを指摘したことに当たる。

 上記の研究結果に呼応して、軌道―格子結合を基本にした超伝導機構が、2グループから発表されたが、そのうちのひとつである新潟大大野グループが、H22年度の途中から当チームに加わった。そこでは、多バンド系の軌道揺らぎを考慮した理論研究が進められ、さらに超音波測定による格子系の実験的研究も後藤らによって実施された。この理論は、d電子系の電子間相互作用および電子軌道-格子結合の効果を取り入れたもので、超音波実験から得られた、構造相転移温度TSおよび超伝導転移温度Tcまで続く弾性定数C66モードの巨大なソフト化や、電子ドープ系で常にTS>TN (磁気秩序温度)となる実験からの相図を再現する。さらに、軌道揺らぎを媒介としてS++波超伝導が実現することを示すものである。

 上記の研究成果に基づき、鉄系で格子-軌道結合が新規な超伝導をもたらしている可能性をさらに深く追究すべく、それに関する多くの実験的証拠と理論的考察とを進めた。静的秩序の無い超伝導体に対するこの作業は、決して容易なものではないが、中性子散乱実験やNMR結果の考察から、間接的証拠の蓄積に加え、具体的でわかりやすい情報を得るための微視的手がかりをすでにいくつか見出した段階に至っている。



2)顕著な成果

1) 非磁性不純物によるTc抑制速度の測定による+対称性の識別

概要:S対称性に対して見られるはずの、“非磁性不純物による超伝導対破壊効果”が見られないことを、特にLa1111系について最初に実験的に指摘し、多くが主張するS±対称性よりむしろS++対称性の可能性が高いと結論付けた。さらに、磁気・輸送特性に関する多様な実験データを提出し、その結論を支持する傍証をも提示した。

2)中性子散乱やNMR、超音波測定による超伝導対称性の吟味

概要:中性子散乱で見られる磁気励起スペクトルχ"(Q,ω )や、NMR (1/T1)-T曲線にもS++とS±の対称性を識別する特徴が現れるはずであるが、その実験結果は、当初、S対称性の証拠とみなされた観があったが、物質の特徴を正確に考慮に入れた考察によって、むしろ軌道-格子結合がその発現に役割を果たすS++波超伝導が実現している可能性が高いことを指摘した。

3)超音波実験による格子系の挙動の解明

超音波測定から、縮重したふたつの3d軌道が持つ電気四極子(軌道)の揺らぎ(軌道揺らぎ)と結びつく弾性定数C66にだけに巨大ソフト化を観測した。このC66のソフト化は、パルス強磁場(60T)中でも頑強に変化しない。これをもとに、非磁性の電気四極子揺らぎが超伝導発現に役割を果たしている可能性を指摘した。


  



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