著者

小久保 啓弘 Akihiro Kokubo

出版者

電気通信大学

巻号頁・発行日

2013-03-25

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2012年の7月に首都大の水口らによりBi4O4S3に電子ドープをすることにより、超伝導状態が発現されることが発見された。この物質はBiS2層を持つ層状構造を有しており、その後同様にBiS2層を持つ物質、REO1-xFxBiS2(RE=La,Ce,Pr,Nd)などの物質も超伝導になることが発見された(TcはLaにおいて最大10.6K)。このことからBiS2層が超伝導の本質である可能性が高い。銅酸化物や鉄系超伝導に続く、層状超伝導体の新しいファミリーの発見であることから注目を集めている。2次元性が高いという点においては銅酸化物や鉄系超伝導と似ており、非従来型超伝導メカニズムの可能性にも興味が持たれるが、発見されて日が浅いこともあり、超伝導発現機構に関しては様々な議論がなされているが、結論は出ていない。BiS2層が超伝導の本質にどのように関わっているか調べるため、本研究では結晶構造が単純でTcの高いLaO1-xFxBiS2に着目した。第一原理バンド計算からバンド構造を求め、最局在Wannier関数を用いてBiS2層の6p軌道とSの3p軌道を考慮した2次元4軌道有効模型と、Sの効果を有効的に取り込んだ2次元2軌道模型を構築した。それぞれの模型に対して乱雑位相近似(RPA)を適用し、バンドフィリングを変えつつ磁気感受率及び超伝導ギャップを計算した。結果としては、バンドフィリングを増やしていくとフェルミ面の形が変化し、ネスティングベクトルが変化する(図1)。それに伴い磁気揺らぎが変化しTcが最大となるx=0.5において強い強磁性的な揺らぎが発達することがわかった。超伝導ギャップに関しては拡張s波、dx2-y2波、dxy波の3種類の対称性を想定し計算を行い、これらの対称性に対する線形Eliashberg方程式の固有値λの値を求め比較した(図2)。これより、どのバンドフィリングにおいても拡張s波とd波の値が同程度の大きさを持っており、競合していることがわかった。複数の対称性の虚号は、Tcを下げる要因となっている可能性があると考えられる。