従来の酸化物超伝導体

図: perovskite ペロブスカイト（MTO$_{3}$）構造とspinel スピネル(MT$_{2}$O$_{4}$）構造

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LiTi$_{2}$O$_{4}$あるいはBa(Pb$_{1-x}$Bi$_{x}$)O$_{3}$で代表される従来の酸化物超伝導体は，電子濃度が$10^{19}$〜$10^{21}$ [$e$/cm$^{3}$]で，金属間化合物超伝導体と比べて3桁近くも低く，しかもその$T_{\rm c}$が格子欠陥濃度や組成に著しく敏感である．一般に，低電子濃度超伝導休の$T_{\rm c}$は電子濃度とともに増加するので，酸素欠陥に起因する電子濃度の微妙な変化により$T_{\rm c}$が大きく変動するのだろう．ところでLiTi$_{2}$O$_{4}$はスピネル型酸化物の一つであり，低温比熱などの測定からBCS理論で矛盾なく記述できる超伝導体であることがわかっている．一方ペロブスカイト型酸化物に属するSrTiO$_{3-x}$やBa(Pb$_{1-x}$Bi$_{x}$)O$_{3}$では，単一相の良質試料を作成することが困難なせいもあり，超伝導の起源などはまだ十分に理解されているとはいえない．ペロブスカイト型MTO$_{3}$とスピネル型MT$_{2}$O$_{4}$の結晶構造は，図7.8に示すように，遷移金属元素Tが6個の酸素原子のつくる八面体の中心を占め，その八面体がドナー元素Mによって結ばれていると考えることもできる．Ba(Pb$_{1-x}$Bi$_{x}$)O$_{3}$やLi$_{1+x}$Ti$_{2-x}$O$_4$では組成比$x$を変えてゆくと金属から絶縁体に転移し，その転移の起こる組成の近傍で，$T_{\rm c}$が最高値を示すことが知られている．