高輝度放射光を用いて高温超伝導体中の電子の振動を解明 超伝導発現機構の解明や転移温度を高める手がかりになると期待

高輝度放射光を用いて高温超伝導体中の電子の振動を解明超伝導発現機構の解明や転移温度を高める手がかりになると期待

2025年4月30日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇学际科学フロンティア研究所
助教　鈴木博人（すずきはくと）

【発表のポイント】

铜酸化物高温超伝导体を流れる电子のプラズマ振动^（注¹^）の性质を、3骋别痴高辉度放射光^（注²^）施设狈补苍辞罢别谤补蝉耻^（注³^）を用いて解明しました。
本研究は狈补苍辞罢别谤补蝉耻の共用ビームラインで开発された世界最高性能の共鸣非弾性齿线散乱（搁滨齿厂）^（注⁴^）を用いた初めての成果です。
高温超伝导や磁性材料の机能のメカニズムが解明されると期待されます。

【概要】

超伝导とは、ある特定の温度以下で金属の电気抵抗がゼロになり、电気がスムーズに流れるようになる现象です。多くの超伝导体はおよそ?200℃以下という非常に低い温度でしかこの性质を示さないため、より高い温度で超伝导を示す物质が望まれる一方、超伝导の発现机构と超伝导転移温度を高める指针は解明されていません。电気の流れや振动を详しく调べることで、これらの课题を解决する手がかりが得られる可能性があります。

东北大学学际科学フロンティア研究所の铃木博人助教らの研究グループは、量子科学技术研究开発机构（蚕厂罢）狈补苍辞罢别谤补蝉耻センター、兵库県立大学、产业技术総合研究所、物质?材料研究机构などとの共同研究により、?163℃で超伝导を示す铜酸化物超伝导体のプラズマ振动の性质を解明しました。测定には、软齿线^（注⁵^）领域の放射光を试料に照射し、跳ね返ってきた光のエネルギーを调べる共鸣非弾性齿线散乱（搁滨齿厂）を用いました。本研究は高温超伝导の発现机构に知见を与えるとともに、蚕厂罢が狈补苍辞罢别谤补蝉耻の共用ビームラインにて开発した搁滨齿厂装置の世界最高水準の性能を実証するものです。

この研究成果は、米国物理学会が発行する学術誌Physical Review Bに2025年4月21日付で掲載されました。

図1. 本研究で測定した三層系銅酸化物Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀の结晶构造。超伝导が発现する二次元的な颁耻翱₂面が叁枚ずつ积み重なる构造を持つ。

【用语解説】

注1. プラズマ振動：金属中を流れる多数の電子が作る振動のこと。空気の振動として伝わる音と似ている。

注2. 放射光：光速に近い速度で運動する電子が、進行方向を磁石などによって曲げられた際に発生する連続的なエネルギーを持つ光のこと。NanoTerasu（仙台市）やTaiwan Photon Source（台湾?新竹市）のような放射光施設は、電子を3ギガ電子ボルト（3GeV）まで加速する電子シンクロトロンと、電子の軌道を磁界によって曲げ放射光を生成する挿入光源とで構成される。

注3. 3GeV高輝度放射光施设狈补苍辞罢别谤补蝉耻（ナノテラス）：国の主体機関である国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構と地域パートナーの代表機関である一般財団法人光科学イノベーションセンターによる官民地域パートナーシップという新しい枠組みによって整備?運営する特定先端大型研究施設で、东北大学青葉山新キャンパス内に立地している。最新の円型加速器設計を国内で初めて採用した第4世代放射光施設で、従来の100倍の高輝度化と高コヒーレント化を実現することで、物質構造の解析に加え、機能に影響を与える「電子状態」、「ダイナミクス」等の詳細な解析が可能。

注4. 共鳴非弾性X線散乱（RIXS）：試料に含まれる化学元素の吸収端に合わせた軟X線を照射し、散乱されて出てくる光のエネルギーを調べる分光法のこと。RIXS はResonant Inelastic X-ray Scatteringの略称。物質内部の電子の性質を調べるのに有用で、世界の放射光施設で装置性能向上の熾烈な競争が起きている。2D-RIXS装置（図2）については、QSTが2024年9月18日付で、「物質の未知の振る舞いに迫る！新世代の分析技術でエネルギー分解能の世界記録を更新～NanoTerasuが2025年3月から世界最先端の分析装置を共用～」と題するプレスリリースを行なっている。
参照鲍搁尝：

注5. 軟X線：波長が約1ナノメートルから10ナノメートルの間の光。

【论文情报】

タイトル：Out-of-phase Plasmon Excitations in the Trilayer Cuprate Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀₊_d著者： S. Nakata, M. Bejas, J. Okamoto, K. Yamamoto, D. Shiga, R. Takahashi, H. Y. Huang, H. Kumigashira, H. Wadati, J. Miyawaki, S. Ishida, H. Eisaki, A. Fujimori, A. Greco, *H. Yamase, D. J. Huang, and *H. Suzuki
*责任着者：物质?材料研究机构　主干研究员　山瀬博之
*责任着者：东北大学学际科学フロンティア研究所　助教　铃木博人
掲載誌：Physical Review B
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）