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【研究成果】榊原助教、小谷教授らが层状ニッケル酸化物超伝导体の电子状态を解明
新たに発见された层状ニッケル酸化物超伝导体の电子状态を数値シミュレーションにより解明！
高温超伝导を示す新物质探索のヒントになる可能性も！
ポイント
- 最近発见された层状ニッケル酸化物(Nd,Sr)NiO2の超伝导状态をシミュレーションによって解析した
- (Nd,Sr)NiO2では铜酸化物高温超伝导体と似た电子状态が実现しているが、电子间に働く相互作用が相対的に强く、それが超伝导転移を抑制している事が分かった
- 得られた结果は铜酸化物以外の新しい高温超伝导物质を探索?设计する上で重要なヒントとなる情报を与えている
概要
鸟取大学学术研究院工学部门の榊原寛史助教、小谷岳生教授らの研究グループは、大阪大学大学院理学研究科の黒木和彦教授らの研究グループとの共同研究により、近年発见された新超伝导体?层状ニッケル酸化物(Nd,Sr)NiO2の超伝导発现机构を第一原理バンド计算と呼ばれる手法に基づいたシミュレーションにより解明しました（図）。
※详细はプレスリリース(PDF 1090KB)をご覧ください。
図.本研究の概念図
左侧がニッケル酸化物(狈诲,厂谤)狈颈翱2のフェルミ面。中央の筒状の大きい面と四つ角の小さい面が有る。
右侧がクーパー対の「构造」を示す図で、赤线はフェルミ面の断面を示している。
今后の展开
今回の研究で得られた知见は、ニッケル酸化物のTcを向上させる目的に利用できます。例えば、i) 超伝导にとって最适な有効的相互作用の大きさを得るめにニッケルと酸素の混成度合いが大きくなる结晶构造を考案する ii)ニッケル酸化物の结晶に圧力をかける事で电子がより自由に动き回れるように仕向ける、などの改善案が考えられます。また、本研究で用いた手法は结晶构造のデータ以外の実験的パラメータが不要であるため、超伝导が観测されていない物质の超伝导発现の可能性をシミュレーションで评価することもできます。例えば、今回の计算手法を结晶构造のデータベース上にある物质に系统的に适用するシステムを开発することで、新たな超伝导物质を予言することも期待できます。
论文タイトルと着者
- タイトル：Model Construction and a Possibility of Cupratelike Pairing in a New Nickelate Superconductor (Nd,Sr)NiO2
- 着者：Hirofumi Sakakibara＊, Hidetomo Usui, Katsuhiro Suzuki, Takao Kotani, Hideo Aoki, Kazuhiko Kuroki?
- 掲载誌：Physical Review Letters 125, 077003 (2020) (Selected for an Editor's Suggestion)
用语解説
铜酸化物超伝导体
1986年にベドノルツとミュラーによって発见された层状构造を持つ铜酸化物の総称。普通に合成すると磁性絶縁体になるが、元素置换や酸素欠损等によりキャリアをドープすると高温(最大135 K=摂氏?138度)で超伝导现象が発现する。磁気的な性质が高温超伝导発现の起源であると一般に考えられている。
超伝导状态
金属中の电子は常温では互いに自由に运动するが、低温になると電子同士が連動して動く方が有利になるため、電子が対として運動する状態が実現する事がある。この対を発見者にちなんでクーパー対と呼ぶ。クーパー対が形成されると物質の電気抵抗が0になり、強力な電磁石になる等の様々な特殊な性質が現れる。超伝导状态になる温度は物質に強く依存し、低温でも超伝导状态にならない物質も多い。