佐藤雄貴 理学研究科修士課程学生、笠原成 同助教、松田祐司 同教授らの研究グループは、東京大学、九州産業大学、韓国科学技術院、ドイツ?マックスプランク研究所と共同で、銅酸化物高温超伝導体が超伝導状態になる過程で現れる特異な金属状態を解析しました。その結果、電子が集団的な自己組織化によって配列し、ある種の液晶状態が作られていることを発見しました。高温超伝導がどのように起こるのか、その過程で特異な金属状態がみられることは分かっていましたが、変化のメカニズムや高温超伝導との関係は四半世紀に渡り謎のままでした。
本研究成果は、2017年7月25日午前0時に英国の学術誌「Nature Physics」に掲載されました。
研究者からのコメント
左から、笠原助教、佐藤修士课程学生
高温超伝导现象の発现机构解明は世界中の多くの研究者が长年取り组んでいる现代物理学における最重要课题の一つです。今回、高温超伝导の舞台である金属状态の特异な性质が解明されたことで、长年の论争を解决し、高温超伝导の発现机构解明に向けた重要な指针を与えたことになります。本研究成果はこの点において非常に大きな意义をもつものであると考えます。
概要
超伝导は、ある种の物质を冷却すると电気抵抗が完全にゼロになる现象です。1986年に発见された铜酸化物における高温超伝导现象の解明は、现代物理学において最も重要な问题の一つであり、多くの科学者がこの研究に取り组んでいます。
高温超伝导の発现机构を解明するには、超伝导が起こる前の金属状态の性质を理解することが不可欠です。铜酸化物高温超伝导体では、超伝导を示すよりも高温で、一部の特定方向の电子が消失する特异な金属状态が现れることが研究初期より観测されていました。この状态は拟ギャップ状态と呼ばれていますが、この状态がどのようにして生じ、また高温超伝导の発现机构とどのように関连するのかは、四半世纪をこえる高温超伝导の歴史において最大の谜の一つでした。
今回、本研究グループは、磁気トルク测定という超高感度磁気测定を用いることで、拟ギャップ状态での磁気的性质を従来にない高い精度で调べました。その结果、电子が集団的な自己组织化によって配列することで一种の液晶状态に変化していることを発见しました。本研究成果は高温超伝导の発现机构の理解に重要な指针を与えるものと期待されます。
図：高感度磁気トルク测定と电子集団の秩序化のイメージ図。结晶に加えた磁场の方向（黄色矢印）に対して、物质の磁気的性质（磁気トルク）を超高感度で测定する。铜酸化物の特异な金属状态においては、磁场方向によって図上部の赤波のような磁気トルクの振动が観测され、青い楕円のように电子集団が一轴的な配向性をもった秩序状态が実现していることを発见した。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
Yuki Sato, Shigeru Kasahara, Hinako Murayama, Yuichi Kasahara, Eun-Gook Moon, Terukazu Nishizaki, Toshinao Loew, Juan Porras, Bernhard Keimer, Takasada Shibauchi and Yuji Matsuda (2017). Thermodynamic evidence for nematic phase transition at the onset of pseudogap in YBa 2 Cu 3 O y . Nature Physics, 13(11), 1074-1078.
