铜酸化物の高温超伝导体で特殊な电子状态「ノード金属」を発见～叁层构造が高い超伝导を実现する仕组みの解明へ～

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　吉田鉄平 人间?环境学研究科教授、出田真一郎 広島大学准教授、有田将司 同技術専門職員、藤森淳 東京大学名誉教授、内田慎一 同名誉教授、藤井武則 同助教、渡辺孝夫 弘前大学教授（研究当時）、足立伸太郎 同博士課程学生（現：京都先端科学大学講師）、田中清尚 自然科学研究機構分子科学研究所准教授（兼：総合研究大学院大学准教授）、石田茂之 産業技術総合研究所主任研究員、野地尚 東北大学助教（研究当時）らと、台湾国立清華大学、米国スタンフォード大学（Stanford University）の国際共同研究チームは、銅酸化物高温超伝導体のなかでCuO2面を3枚もつ叁层系铜酸化物の电子状态を详细に调べ、超伝导転移温度（Tc）を越える温度领域で、「ノード金属」と呼ばれる特殊な金属状态を世界で初めて観测しました。

　本研究グループは、放射光を用いた高分解能の角度分解光电子分光により、ノード金属状态のキャリア浓度依存性を明らかにしました。その结果、キャリア量が非常に少ない颁耻翱2面でも、Tcよりはるかに高い温度から超伝导电子が存在することを発见しました。さらに、超伝导を特徴づけるエネルギーギャップが従来の高温超伝导体よりも着しく大きいことがわかりました。これは、外侧2枚と内侧1枚の颁耻翱2面の间で生じる「近接効果」により超伝导が安定化されたことを示しています。叁层系が最大のTcを示す机构を明らかにした本研究成果は、高温超伝导の起源の解明に贡献するとともに、室温超伝导に向けた高いTcを示す物质设计の指针になることが期待されます。

　本研究成果は、2025年10月27日に、国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。

文章を入れてください
3枚の超伝導層（CuO?面）をもつ三層系銅酸化物高温超伝導体の結晶構造。（a）3枚のCuO?面が、電荷供給層によって挟まれている。この電荷供給層を酸素アニールや原子置換を行うことでホールや電子がCuO?面に供給され、CuO?面のキャリア量が変化し超伝導が発現する。電荷供給層に近い外側CuO?面の方が内側CuO?面よりもキャリア量が多い。本研究では、内側CuO?面由来の電子状態で「ノード金属」を初めて観測することに成功した。（b） CuO?面でのエネルギーギャップの形がd波対称性をもつ状态の模式図。超伝导电子が角度依存性をもち、ノード（节）、アンチノード（腹）の方向がある。ノード方向は、図（产）の45°方向の矢印で示す铜原子-铜原子方向、アンチノード方向は図（产）の上矢印で示す铜原子-酸素原子方向に対応する。d波超伝导はノード方向でエネルギーギャップがゼロ、アンチノード方向で最大となる。
研究者のコメント
「高温超伝导に特有のd波ギャップが高温まで保たれるという今回の结果は、非常に意外で兴味深いものでした。超伝导が壊れそうな条件でも、叁层构造であることで超伝导が维持された点は重要です。今后、伝导层间の役割をさらに明らかにすることで、高温超伝导が実现する条件の理解が进むと期待しています。」（吉田鉄平）
详しい研究内容について
铜酸化物の高温超伝导体で特殊な电子状态「ノード金属」を発见～叁层构造が高い超伝导を実现する仕组みの解明へ～
研究者情报
吉田 鉄平
书誌情报
【顿翱滨】

 
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【书誌情报】
Shin-ichiro Ideta, Shintaro Adachi, Takashi Noji, Shunpei Yamaguchi, Nae Sasaki, Shigeyuki Ishida, Shin-ichi Uchida, Takenori Fujii, Takao Watanabe, Wen O. Wang, Brian Moritz, Thomas P. Devereaux, Masashi Arita, Chung-Yu Mou, Teppei Yoshida, Kiyohisa Tanaka, Ting-Kuo Lee, Atsushi Fujimori (2025). Proximity-induced nodal metal in an extremely underdoped CuO? plane in triple-layer cuprates. Nature Communications, 16, 9470.
関连部局
人间?环境学研究科

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