カゴメ格子超伝導を担う電子軌道を解明
— 放射光を用いた先端電子計測で照らし出す —

発表のポイント

• 昨年のノーベル物理学賞でも注目された、特別な三角形・六角形の金属 結晶格子(カゴメ格子)の電子状態を先端放射光技術で観察
• バナジウムとアンチモンが協力し、超伝導状態になることを発見
• 超伝導が起きる仕組みの完全解明に手掛かり

概要

カゴメ格子の「カゴメ」とは「籠目」のことで、三角形や六角形からできる結晶格子で伏見康治博士が命名したことでも知られています。このカゴメ格子を持つ物質は、特殊な電子構造や強い幾何学的フラストレーションを示します。フラストレーションはパリージ博士が昨年のノーベル物理学賞を受賞するきっかけにもなった興味深い性質で、様々な新規物性を引き起こす源として期待されます。特に、最近発見されたカゴメ格子金属 CsV₃Sb₅(セシウムバナジウムアンチモニド)において、カゴメ格子 では稀有な超伝導をはじめ、高温超伝導体と類似する対称性の低下など、特異な性質が次々と明らかになっています。しかしながら、これらの性質が生じる仕組みは未解明でした。東北大学 大学院理学研究科の加藤 剛臣 大学院生、中山 耕輔 助教、 材料科学高等研究所(WPI-AIMR)の佐藤 宇史 教授、多元物質科学研究所の組頭 広志 教授、分子科学研究所の松井 文彦 教授、高エネルギー加速器研究機構 (KEK)物質構造科学研究所の北村 未歩 助教、量子科学技術研究開発機構の堀 場 弘司 上席研究員、北京理工大学の国際共同研究グループは、CsV₃Sb₅の電子構造について放射光を用いた先端分光測定によって調べました。その結果、これまで 提案されている超伝導機構のモデルはVの電子だけを考慮したものがほとんどであったのに対して、V電子とSb電子が協力しながら超伝導を実現していることが明らかになりました。この成果は、超伝導機構の解明とより高い温度で超伝導になる物質の設計に重要な指針を与えるものです。

本研究成果は、米国物理学会誌Physical Review Lettersのオンライン版2022年11月10日号で公開されました。

図1 (a)カゴメ格子と(b)CsV₃Sb₅の構造の模式図。(a)中の矢印は、位置A、B、Cにおける電子スピンの向きを表しており、Cでは上向きと下向きのどちらにも定まらない、不安定な状態となります。

論文情報
雑誌名：「Physical Review Letters」
論文タイトル：Fermiology and Origin of Tc Enhancement in a Kagome Superconductor Cs(V_1−xNb_x)₃Sb₅
rotational symmetry
著者： Takemi Kato, Yongkai Li, Kosuke Nakayama, Zhiwei Wang, Seigo Souma, Fumihiko Matsui, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Takashi Takahashi, Yugui Yao, and Takafumi Sato
DOI番号：10.1103/PhysRevLett.129.206402

リンク
プレスリリース (東北大学Webサイト)