高温超伝導体におけるダブルジョセフソンプラズマ共鳴
柴田 浩行
機能物質科学研究部
高温超伝導体は、超伝導CuO2層と絶縁ブロック層が交互に積み重なった層状の結晶構造を持つ。一部の物質では、絶縁ブロック層をはさんだ超伝導層間の結合が弱く、高温超伝導体を直列接続した天然のジョセフソン超格子（....超伝導体/絶縁体/超伝導体....）と見なすことができる。ジョセフソン超格子には、ジョセフソン電流振動と電磁波がカップルしたジョセフソンプラズマと呼ばれる集団モードが存在することが理論的に予測されており、最近いくつかの高温超伝導体でこのモードの存在が実験的に確認されている。
シンプルな結晶構造をもつ高温超伝導体では、単一の周波数のジョセフソンプラズマが観測されるが、構造中に複数の絶縁ブロックをもつ場合にはその挙動は単純ではない。今回我々が取り上げたT*と呼ばれる結晶構造をもつ高温超伝導体では、図１に示すように、２種類のジョセフソン接合が交互に直列接続した超格子構造（....超伝導体/絶縁体1/超伝導体/絶縁体2/超伝導体....）をとる。この物質で、我々は世界で初めて異なる２つの周波数のジョセフソンプラズマが存在することを示した（図２）［１］。この結果を他の高温超伝導体における結果と比較すると、高温超伝導体はその結晶構造の違いにより、上記の超格子以外にも（....超伝導体/金属/超伝導体/....）や（....超伝導体/超伝導体'/超伝導体....）等、様々な型のジョセフソン超格子としてふるまうことが明らかになった［２］。今回得た結果は、未だに解明されていない高温超伝導体の電子状態を理解する上で一つの新しい視点を提供すると共に、天然のジョセフソン超格子を利用した接合や発光素子等への展開の可能性を示す。
[1] H. Shibata and T. Yamada, Phys. Rev. Lett. 81(1998) 3519.
[2] H. Shibata and A. Matsuda, Phys. Rev. B59(1999) 11672.
図１：T*系の結晶構造とジョセフソン超格子及びその等価回路
図２：T*系の吸収特性
