東北大ら,共鳴軟X散乱で2種類の電荷秩序を発見

東北大学と米SLAC国立加速器研究所らの研究グループは,共鳴軟X散乱(RSXS)実験により,銅酸化物高温超伝導体において,異なった性質を持つ2種類の電荷秩序が存在することを世界で初めて明らかにした(ニュースリリース)。

銅酸化物において高温で発現する超伝導のメカニズム解明は物性物理学でも重要な課題の1つ。超伝導相の近傍には,多様な秩序相が存在しており,この秩序相と超伝導相との関係を明らかにすることが,超伝導機構解明の重要な手がかりになる。

近年,放射光X線分光技術の発展により,長周期構造を持った電荷密度波(CDW)が秩序化する相(電荷秩序相)が,銅酸化物高温超伝導体の超伝導相近傍で共通して存在することが明らかとなってきた。しかし,電荷秩序の起源や超伝導との関わりは統一的に理解されていなかった。

RSXS実験は,CDWの周期構造を直接観測できる強力な測定手法だが,銅酸化物高温超伝導体では,CDWに由来する散乱強度は非常に弱く,系統的な測定は困難だった。今回の研究では,銅のL3端を使用し,性能を向上させたRSXS実験を行ない,ホールドープ型銅酸化物高温超伝導体La2-xSrxCuO4におけるCDWの性質を,ホール濃度を制御した複数の試料で調べた。

その結果,超伝導と共存するタイプと,競合するタイプの2種類の電荷秩序が,ホール濃度の異なる領域に存在することを明らかにした。超伝導と共存する電荷秩序は,電荷とともにスピンがストライプ状の縞模様を形成しており,そのストライプ相と超伝導がミクロな状態で相分離していることも明らかとなったという。

研究グループは,ミクロな相分離状態を実空間で直接観測をすることで,超伝導発現の鍵となる電荷相関の解明が期待できるとしている。

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