銅酸化物の高温超伝導体で特殊な電子状態「ノード金属」を発見～三層構造が高い超伝導を実現する仕組みの解明へ～

　吉田鉄平 人間・環境学研究科教授、出田真一郎 広島大学准教授、有田将司 同技術専門職員、藤森淳 東京大学名誉教授、内田慎一 同名誉教授、藤井武則 同助教、渡辺孝夫 弘前大学教授（研究当時）、足立伸太郎 同博士課程学生（現：京都先端科学大学講師）、田中清尚 自然科学研究機構分子科学研究所准教授（兼：総合研究大学院大学准教授）、石田茂之 産業技術総合研究所主任研究員、野地尚 東北大学助教（研究当時）らと、台湾国立清華大学、米国スタンフォード大学（Stanford University）の国際共同研究チームは、銅酸化物高温超伝導体のなかでCuO₂面を3枚もつ三層系銅酸化物の電子状態を詳細に調べ、超伝導転移温度（Tc）を越える温度領域で、「ノード金属」と呼ばれる特殊な金属状態を世界で初めて観測しました。

　本研究グループは、放射光を用いた高分解能の角度分解光電子分光により、ノード金属状態のキャリア濃度依存性を明らかにしました。その結果、キャリア量が非常に少ないCuO₂面でも、Tcよりはるかに高い温度から超伝導電子が存在することを発見しました。さらに、超伝導を特徴づけるエネルギーギャップが従来の高温超伝導体よりも著しく大きいことがわかりました。これは、外側2枚と内側1枚のCuO₂面の間で生じる「近接効果」により超伝導が安定化されたことを示しています。三層系が最大のTcを示す機構を明らかにした本研究成果は、高温超伝導の起源の解明に貢献するとともに、室温超伝導に向けた高いTcを示す物質設計の指針になることが期待されます。

　本研究成果は、2025年10月27日に、国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。