希土類Ce化合物超伝導体の電子の空間分布の可視化に成功：研究開発の最前線

大阪大学らの研究グループは、希土類Ce化合物超伝導体の電子軌道を可視化することに成功した。硬X線光電子分光とX線吸収分光の直線偏光依存性を測定し、超伝導になる電子の空間分布を直接観測した。

[MONOist]

　大阪大学は2023年10月24日、希土類Ce（セリウム）化合物超伝導体の電子軌道を可視化することに成功したと発表した。日本原子力研究開発機構、静岡大学、立命館大学、甲南大学、摂南大学、広島大学、理化学研究所による共同研究の成果だ。

　研究グループは、極低温で超伝導を示す希土類Ce化合物CeNi₂Ge₂において、外部光電効果により試料から飛び出す光電子のエネルギーを分析する硬X線光電子分光とX線吸収分光の直線偏光依存性を測定。Ce 4f電子の電荷分布が、結晶中のGeに向かって伸びていることを観測した。

　これは、Ce 4f電荷分布が、CeNi₂Ge₂の超伝導の発現に関わっていることを示唆するもので、Geサイトを制御することにより、超伝導の性質を調整できる可能性がある。

（a）希土類超伝導体CeNi2Ge2のCe 4f電荷分布、（b）結晶c軸方向から見たCe 4f電子の軌道方向、（c）硬X線光電子線2色性スペクトル［クリックで拡大］ 出所：大阪大学

　また、外部光電効果により飛び出した電子の角度を調べる角度分解光電子分光で電子の運動状態を示すバンド構造を測定したところ、方向依存性をもつCe 4f電荷分布が、結晶中のGeイオンの原子軌道によるバンドとよく結合することを見いだした。

　電流が抵抗なく流れる超伝導体は、量子コンピュータやエネルギー問題の解決などへの活用が見込まれている。超伝導になる電子の空間分布を直接観測することにより、新たな超伝導材料設計への応用が期待される。

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