最古の銅酸化物で新しい超伝導状態が実現～反強磁性と超伝導の二面性を併せ持つ銅酸化物高温超伝導の新展開に期待～

　石田憲二 理学研究科教授、井原慶彦 北海道大学講師、小田研 同招へい教員らの研究グループは、銅酸化物高温超伝導体の母物質として最も古くから知られている反強磁性絶縁体La₂CuO₄に対して、微量の酸素をドープすることで、超伝導転移温度が32ケルビンに達する超伝導状態を発現させることに成功しました。これまでの銅酸化物高温超伝導体では、LaをSrやBaに元素置換することで反強磁性秩序を抑制し、超伝導を発現させていました。ところが、本研究で実現した微量酸素ドープでは反強磁性秩序がほとんど抑制されず、低温で超伝導状態と共存することが明らかになりました。反強磁性と共存する超伝導状態は、多層型銅酸化物超伝導体や鉄系超伝導体などで報告されていますが、伝導キャリアのほぼすべてが反強磁性に寄与するネール状態での超伝導はこれまで報告例はありませんでした。反強磁性と超伝導という二つの状態を同時に実現する銅酸化物高温超伝導の「二面性」が明らかになり、新たな研究展開の可能性が期待されます。

　本研究成果は、2025年8月27日に、国際学術誌「Scientific Reports」に掲載されました。

わずかに酸素をドープした単層型銅酸化物La₂CuO_4+δで、ネール状態と超伝導状態の共存状態が見つかった。CuO₂層上で広がりを持つ伝導キャリア（青丸）が作る超伝導状態と、Cuに局在する磁気モーメント（赤矢印）が作るネール状態は、本来は水と油のように相容れない状態である。対立する性質が融和した斬新な共存状態が、最古の銅酸化物で実現していたことが分かった。