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【研究成果】新奇超伝導体に特殊なスピン電子構造を発見 -スピントロニクスデバイス開発と超伝導研究に新たな光-

本研究成果のポイント

  • 新奇層状超伝導体LaO1-xFxBiS2に隠されたスピン偏極電子状態を発見
  • 電子エネルギーによってスピン電子構造に変化が現れる事を発見
  • 超伝導状態と電子スピンの関係を研究する上で重要な試料であること

概要

広島大学放射光科学研究センターの奥田太一教授、宮本幸治助教、広島大学大学院理学研究科博士課程3年のWu Shilongらの研究グループは、広島大学大学院理学研究科木村昭夫教授と山梨大学大学院附属クリスタル科学研究センターの長尾雅則助教、綿打敏司准教授、田中功教授らの研究グループと共同で、最近発見されたランタン(La)と酸素(O)およびビスマス(Bi)と硫黄(S)からなる、超伝導を示す層状化合物中に隠されたスピン偏極電子状態が存在する事を発見しました(図1)。

本物質はBiやLaといった大きなスピン軌道相互作用を持つ元素が用いられており、その電子状態はスピン軌道相互作用が重要な役割を担うと理論的に示唆されました。従来、このような大きなスピン軌道相互作用をもつ物質は、結晶が空間反転対称性をもつ場合はスピン偏極した電子状態を生じ、対称性をもたない物質ではスピン偏極した電子状態は存在し得ないと考えられていました。

しかし最近、結晶全体に空間反転対称性を持つ物質でも局所的にその対称性が破れた構造を持っていればスピン偏極電子状態が生じる可能性が理論的に指摘されていました。今回研究グループは広島大学放射光科学研究センター(HiSOR)に設置された高分解能スピン・角度分解光電子分光装置を用いて、最近発見された層状の超伝導物質において局所的なスピン偏極電子状態が存在することを初めて発見しました。またそのスピン偏極電子構造が電子の持つエネルギーに依存して変化することも突き止め、さらに、この物質ではスピン偏極した電子が超伝導に直接かかわっていることがわかりました。

本結果は、層状化合物の表と裏に隠されたスピン偏極電子状態が存在することを意味しており、本物質がデュアルゲートスピントランジスタなどのスピントロニクスデバイス応用にもつながると期待されます。

本研究成果は、「Nature Communications(ネーチャーコミュニケーションズ)」にオンライン掲載されました。

論文情報

  • 掲載雑誌: Nature Communications
  • 論文題目: Direct evidence of hidden local spin polarization in a centrosymmetric superconductor LaO0.55F0.45BiS2
  • 著者:Shilong Wu, K. Sumida, K. Miyamoto, K. Taguchi, T. Yoshikawa, A. Kimura, Y. Ueda, M. Arita, M. Nagao, S. Watauchi, I. Tanaka and T. Okuda
  • doi: 10.1038/s41467-017-02058-2
【お問い合わせ先】
広島大学放射光科学研究センター
教授 奥田 太一

TEL: 082-424-6996
FAX: 082-424-6294
E-mail: okudat*hiroshima-u.ac.jp(注:*は半角@に置き換えてください)


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