DATE2025.11.07 #Press Releases

銅酸化物の高温超伝導体で特殊な電子状態「ノード金属」を発見

－三層構造が高い超伝導を実現する仕組みの解明へ－

発表概要

広島大学放射光科学研究所准教授の出田真一郎、同大学技術専門職員の有田将司、京都大学大学院人間・環境学研究科教授の吉田鉄平、東京大学大学院理学系研究科名誉教授の藤森淳、内田慎一、同大学低温科学研究センター助教の藤井武則、弘前大学大学院理工学研究科教授の渡辺孝夫（研究当時）、同大学博士課程学生の足立伸太郎（研究当時、現職京都先端科学大学工学部講師）、自然科学研究機構分子科学研究所／総合研究大学院大学准教授の田中清尚、産業技術総合研究所主任研究員の石田茂之、東北大学大学院工学研究科助教の野地尚（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枚もつ三層系銅酸化物の電子状態を詳細に調べ、超伝導転移温度 （T_c）を越える温度領域で、「ノード金属」と呼ばれる特殊な金属状態を世界で初めて観測しました。

当研究グループは、放射光を用いた高分解能の角度分解光電子分光により、ノード金属状態のキャリア濃度依存性を明らかにしました。その結果、キャリア量が非常に少ないCuO₂面でも、T_cよりはるかに高い温度から超伝導電子が存在することを発見しました。さらに、超伝導を特徴づけるエネルギーギャップが従来の高温超伝導体よりも著しく大きいことがわかりました。これは、外側２枚と内側１枚のCuO₂面の間で生じる「近接効果」により超伝導が安定化されたことを示しています。三層系が最大のT_cを示す機構を明らかにした本研究成果は、高温超伝導の起源の解明に貢献するとともに、室温超伝導に向けた高いT_cを示す物質設計の指針になることが期待されます。

本研究成果は「Nature Communications」において2025年10月27日付（イギリス時間）でオンライン掲載されました。本研究は科学研究費事業（課題番号：20H01861、22K03535、23K20229、24K06961、25400349）、台湾国家科学及技術委員会、教育省、米国エネルギー省による支援を受け、広島大学放射光科学研究所共同研究委員会により採択された研究課題（課題番号：22AG006、23BG011）、および、分子科学研究所により採択された研究課題（課題番号：29-549, 31-572, 31-861）のもとで実施されました。

図：３枚の超伝導層（CuO2面）をもつ三層系銅酸化物高温超伝導体の結晶構造

関連リンク

広島大学、分子科学研究所、京都大学、弘前大学、東京大学低温科学センター、京都先端科学大学、総合研究大学院大学

発表雑誌