金属中の電子運動の幾何を反映するフェルミ面は、物質の性質を理解する上で欠かせないものとして広く認識されています。銅酸化物高温超伝導体は、CuO₂面が層状に積層した構造をしているため、フェルミ面は二次元的であると35年間信じられてきました。今回、高強度の高エネルギー単色X線を用いたコンプトン散乱の手法を、銅酸化物高温超伝導体La₂-_xSr_xCuO₄に適応して電子の運動量分布を可視化しました。

その結果、従来の定説とは異なり、各CuO₂面で電子がxまたはy方向へ指向性を持って運動しており、その指向性が層方向に沿って90度ずつ回転した、一次元的な電子運動の重ね合わせ状態が実現していることが分かりました。今後、この電子状態がどのように高温超伝導を引き起こすのかを追求すると共に、コンプトン散乱の手法を他の物質群にも応用し電子状態理解の進展に貢献します。

山瀬 博之 主幹研究員
（2021年「Nature Communications」誌）

“Fermi Surface in La-Based Cuprate Superconductors from Compton Scattering Imaging”
Hiroyuki Yamase, Yoshiharu Sakurai, Masaki Fujita, Shuichi Wakimoto, and Kazuyoshi Yamada
Journal: Nature Communications 12, 2223 (2021)
DOI : 10.1038/s41467-021-22229-6

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