ホール素子を用いた 重い電子系超伝導体CeCoIn₅の 局所磁化測定 高温超伝導体Tl₂Ba₂CuO6+δの 擬ギャップ状態について

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1 ホール素子を用いた 重い電子系超伝導体CeCoIn₅の 局所磁化測定 高温超伝導体Tl₂Ba₂CuO6+δの 擬ギャップ状態について
４回生　岡崎竜二

2 重い電子系超伝導体 物質名 γ(mJ/K2mol) CeCu6 1600 CeCu2Si2 1000 UBe13 1100 UPt3 450
URu2Si2 110 CeやUなどを含む化合物 電子の有効質量m*が自由電子質量mの100倍～1000倍 ・f電子の波動関数の重なりが　少ない ・電子間のクーロン斥力が大きい Y.Onuki et al. J.Phys.Soc.Jpn (2002)

3 重い電子系超伝導体 伝導電子とf電子（c-f相互作用）による近藤効果 f電子局在モデル 電気抵抗 f電子が内殻に局在するイオン
電気抵抗に-lnTの項が入りある温度で極小値をとる この系の基底状態 ・・・伝導電子と局在スピンが反強磁性 　 的（反並行）に結合 C.Petrovic et al. J.Phys.Condens.Matter 13 L337 (2001) 一重項束縛状態におちこむ K.Yosida Phys.Rev (1966)

4 重い電子系超伝導体 ・イオン中に局在するf電子 近藤効果 ・結晶中を自由に移動する伝導電子 RKKY相互作用 f電子と伝導電子との混成
近藤効果におけるc-f相互作用 伝導電子と局在モーメントとの相互作用 ・イオン中に局在するf電子 ・結晶中を自由に移動する伝導電子 近藤効果 局在モーメントを１重項におちこむことで遮蔽する RKKY相互作用 f電子と伝導電子との混成 磁気秩序が発生し、局在モーメントが安定化する f電子の遍歴 拮抗 Landauのフェルミ液体 量子臨界点の存在 有効質量m*をもった準粒子 量子臨界点付近では非フェルミ液体的なふるまいが観測される ・・・自己無撞着なスピン揺らぎの理論

5 重い電子系超伝導体 BCS理論 重い電子系超伝導 超伝導転移における比熱のとび・・・大 電子-格子相互作用 2. s-wave
重い電子系（f電子）がクーパー対をなしている 強いクーロン斥力のため、格子を媒介したモデルでは説明できない BCSによる弱結合極限（ N(0)V0 « 1 ） 反強磁性的なスピン揺らぎが原因となる 準粒子１のとび移りに対し、周りのスピン配置は反強磁性的に変化し、準粒子２が引力を受ける

6 重い電子系超伝導体 異方的超伝導 等方的な波動関数の広がり

7 CeCoIn₅ CeIn3層とCoIn2層が交互に積層・・・２次元的な構造 d波超伝導体 a = 4.62 Å c = 7.56 Å

8 CeCoIn₅ １次転移の可能性 熱伝導率の測定 比熱の測定 熱伝導率：低温においてジャンプ
A.Bianchi et al. PRL (2003) PRL (2002) 熱伝導率：低温においてジャンプ 比熱：磁場の増加に伴いジャンプ（２次転移）から対称的なピークに変化 K.Izawa et al. PRL (2001) １次転移の可能性

9 CeCoIn₅ 磁化の測定 臨界磁場においてヒステリシスを伴ったジャンプ 低温高磁場領域において１次の相転移
T.Tayama et al. PRB (2002)

10 上部臨界磁場における１次転移 ・軌道効果 渦糸状態 ・パウリ常磁性効果 磁場による超伝導破壊 量子化された磁束0が侵入 :軌道極限
ゼーマン効果によりスピン偏極クーパー対（singlet）を破壊 ：パウリ極限 （BCS弱結合極限） 臨界磁場の補正 GLパラメーターκ大・・・HPが支配的 超伝導状態がパウリ極限によって制限されるとき、低温でHc2において１次転移する

11 上部臨界磁場における１次転移 FFLO状態の可能性 ab面に平行な外部磁場 H//ab・・・よりパウリ常磁性効果が強い 安定化
比熱測定・音速測定において上部臨界磁場で２次の転移線が枝分かれ :Makiパラメータ T.Watanabe et al. PRB (2004) H//ab・・・よりパウリ常磁性効果が強い A.Bianchi et al. PRL (2003) FFLO状態の可能性 ・超伝導状態 ・パウリ常磁性状態 混合 安定化 磁場方向にノードが出現 フェルミ面の一部で超伝導破壊 残りの部分で対（k↑,-k+q↓）を組む 高温超伝導体のパンケーキ磁束に似た状態

12 実験 ホール素子を用いて局所的な磁化を測定 ・3He cryostat ・超伝導マグネット 0.4 K、7Tの低温高磁場での測定
M.Konczykowski提供のホール素子

13 実験結果 マグネット側のホール素子で外部磁場測定 ホール係数～120mΩ/G > 35mΩ/G
T = 4.3 K H//c ホール係数～120mΩ/G > 35mΩ/G T=4.3K>2.3Kにおいてホール素子にド・ハース-ファン・アルフェン効果 S : Bに垂直な方向のフェルミ面の断面積極値

14 実験結果 T = 0.5 K H//c μ0H~5Tでホール抵抗にプラトー plateau 量子ホール効果の出現

15 使用したホール素子・・・主に高温超伝導体測定用
実験結果 T=0.5K,μ0H~5T 転移線付近でのプラトーの出現 期待した磁化のとび（１次転移）観測できず 使用したホール素子・・・主に高温超伝導体測定用 接触抵抗も含めた電流端子間の抵抗・・・大 Konczykowski

16 高温超伝導体の擬ギャップ状態 CuO2面をもつ２次元的な構造の超伝導体 SIS型のトンネル電流特性を示す 擬ギャップが存在
電流-電圧特性 状態密度 電流-電圧特性 準粒子の状態密度を表す Tc以上で状態密度の減少 擬ギャップが存在 M.Suzuki and T.Watanabe PRL (2000)

17 高温超伝導体の擬ギャップ状態 相図におけるオーバードープ域でのT*のふるまいを調べる ホールをオーバードープしたサンプルの作製
高温超伝導体における温度-ホール濃度相図 ・母物質は反強磁性を示す ・T>Tcにおいて擬ギャップをもつ ・T=T*において消える FL 相図におけるオーバードープ域でのT*のふるまいを調べる ホールをオーバードープしたサンプルの作製

18 Tl₂Ba₂CuO6+δのアニール 高温超伝導体Tl2201 Tcの測定 O2 , Ar 雰囲気でアニールすることでホール濃度を調整
Y.Shimakawa et al. PRB (1989) Tcの測定 ・c軸方向の抵抗率測定 ・サンプルの表裏のab面に金線を２本ずつepotekでつける ・４端子法測定、ガラスデュワー

19 Tl₂Ba₂CuO6+δのアニール 測定結果 (~06/03/05) ・端子間抵抗～20Ω ・I=100μA
Ar雰囲気でアニールした後、epotek部分の接触を良くするため空気雰囲気で短時間アニール ・端子間抵抗～20Ω ・I=100μA

20 Tl₂Ba₂CuO6+δのアニール 測定結果 sample1,2共にArアニールにより超伝導転移するときの温度幅減少
sample1 : 10K>6K (12hour) sample2 : 38K>26K (20hour) 元は同じサンプル ・空気中での短時間のアニール ・epotekのつけ方 sample2で特にテールが長い 現在sample1,2を共にArアニール中 320℃,40hour

21 Tl₂Ba₂CuO6+δのアニール 測定結果 抵抗率の温度依存性 低温側において直線的な温度依存から外れ、抵抗率が増加 擬ギャップの出現
金属的なふるまい 70~100K付近で観測 最もTcの低いサンプルでフェルミ流体的なふるまい いずれのサンプルも下凸→直線→上凸を示す 低温側において直線的な温度依存から外れ、抵抗率が増加 擬ギャップの出現 状態密度の減少によってc軸方向のトンネル電流が減少し、抵抗が増える

22 磁場による擬ギャップの破壊 60Tの高磁場まで測定 BSCCO 抵抗率が温度減少に伴い増加 T*において擬ギャップがひらく
磁場をかけることで擬ギャップを破壊 Hpg:擬ギャップ（pseudogap）の閉じる磁場 60Tの高磁場まで測定 T.Shibauchi et al. PRL (2001)

23 磁場による擬ギャップの破壊 擬ギャップの形成にかかわり スピン１重項的な相関が ゼーマン効果によってとける?
Hpgを異なるホール濃度のサンプルで測定 ゼロ磁場において抵抗率が直線から外れる温度 T* ゼーマンスケーリングが成立 擬ギャップの形成にかかわり スピン１重項的な相関が ゼーマン効果によってとける?