理研ら，電子の超伝導と電荷秩序を直接観察

理化学研究所（理研），東京大学らの研究グループは，銅酸化物高温超伝導体における電子が持つ超伝導と電荷秩序の二面性が，磁場中で2種類の電子の模様となって現れることを発見した（ニュースリリース）。

銅酸化物高温超伝導体は他の超伝導体に比べ高い温度で超伝導を示す物質で，送電ケーブルや強力な磁場を発生させる電磁石への応用が始まっている。しかし，超伝導が発現するメカニズムは未だ分かっておらず，物性物理学最大の謎とされている。

これまでの研究で，銅酸化物高温超伝導体の中の電子は超伝導になったり，特徴的な空間パターンを持つ電荷秩序を示したりすることが分かっている。しかし，その電子状態の全体像はおろか，超伝導と電荷秩序の関係も明らかになっていなかった。

今回，研究グループは，銅酸化物超伝導体「Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ」（Bi：ビスマス，Sr：ストロンチウム，Ca：カルシウム，Cu：銅，O：酸素）に強い磁場を加えて「渦糸（うずいと）」と呼ばれる局所的に超伝導が抑制された領域を導入し，そこでの電子状態の空間構造を走査型トンネル顕微鏡法／分光法（STM/STS）を用いて，直接観察することに成功した。

渦糸内部では，超伝導状態が壊れたときにできる電子の波が干渉して作る模様と，電荷秩序に起因する電子の模様が同じ場所で異なるエネルギーに現れていた。電荷秩序の模様は渦糸がないときにも存在していたが，渦糸の導入でより明瞭になることが分かった。

これは，「超伝導の抑制が電荷秩序を増強している」ことを意味し，両者が競合関係にあることを示している。この結果は，銅酸化物超伝導体の電子状態の全体像の理解，さらには超伝導発現機構の解明へ向けた重要な知見になるとしている。