磁性体・超伝導体等の高エネルギースピン励起とその局所構造の研究

• Project/Area Number: 11211201
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大山 研司 (2003) 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (60241569); 遠藤 康夫 (1999-2002) 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00013483)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 社本 真一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90235698) ; 藤田 全基 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (20303894) ; 山田 和芳 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70133923) ; 中島 健次 日本原子力研究所, 研究員 (10272535) ; 伊藤 晋一 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教授 (00221771) ; 平賀 晴弘 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (90323097) ; 神木 正史 東京都立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (30004451) ; 廣田 和馬 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (90272012) ; 本河 光博 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30028188) ; 加倉井 和久 東京大学, 物性研究所, 教授 (00204339) ; 木村 宏之 東北大学, 科学計測研究所, 助手 (50312658) ; 武田 全康 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (70222099)
• Project Period (FY): 1999 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥62,200,000 (Direct Cost: ¥62,200,000); Fiscal Year 2003: ¥14,900,000 (Direct Cost: ¥14,900,000); Fiscal Year 2002: ¥14,900,000 (Direct Cost: ¥14,900,000); Fiscal Year 2001: ¥15,200,000 (Direct Cost: ¥15,200,000); Fiscal Year 2000: ¥14,600,000 (Direct Cost: ¥14,600,000); Fiscal Year 1999: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000)
• Keywords: 日英協力 / 中性子散乱 / 磁性体 / MAPS分光器 / 強相関電子系 / 「MARI」分光器 / 「MAPS」分光器 / 高エネルギー非弾性中性子散乱 / 1次元梯子磁性体 / 2次元量子磁性体 / 高温超伝導 / 磁気励起 / 磁気構造

Research Abstract

本研究は、我が国の文科省高エネルギー加速器研究機構、(KEK)と英国中央研究所審議会(CCLRC)間で締結されている日英科学技術協力事業を進めるものである。同事業は、日本と英国が協力してCCLRC所属のラザフォードアップルトン研究所にある大強度パルス中性子源ISIS施設に単結晶試料専用高性能チョッパー型中性子分光器MAPSを建設し、中性子散乱による先端的物質科学研究を行うものである。日本側は主として、中性子検出器の開発及び設置を分担した。MAPS分光器は平成9年に着工、平成12年度に建設を完了し、平成13年6月より本格実験に入った。
本研究本年度で特に進めた研究は、酸化物高温超伝導体(HTCSC)のフォノンについての研究とスピン励起の研究である。
HTCSCの超伝導機構についてはスピンを媒介としたものと、従来のBCS理論による考え方がある。BCS理論立場からは銅酸素2次元超伝導面でのハーフ・ブリージングモードの挙動を研究することがもっとも重要とされてきた。特に電子-格子相互作用が直接観測できるフォノンのエネルギー幅の研究が重要である。研究の結果、電荷濃度を変化させ、超伝導温度を変えたいくつかの試料において、系統的な観測が世界で初めてなされた。非常に重要な知見が得られたといってよい。一方、スピン励起の詳細な研究により、波数-エネルギー空間に広がる特徴的な構造が明らかとなった。この特徴は、フェルミ面の形状を表していることが理論的にも予想されており、実験と理論が非常に整合性よく理解できることとなった。これらの研究により、同物質の超伝導機構の理解が非常に進んだといってよい。

Research Products

• [Publications] M.Fujita, K.Yamada, et al.: "Magnetic and superconducting phase diagram of electron-doped Pr1-xLaCexCuO4"Physica.Rev.B. 67. 014514(5) (2003)
• [Publications] H.Hiraka, K.Yamada, et al.: "Reinvestigation of magnetic excitations in the spin density wave of chromium"Phys.Rev.B. 67. 064423(4) (2003)
• [Publications] H.Kimura, K.Yamada, et al.: "Synchrotron x-ray diffraction study of a charge stripe order in 1/8 -doped La1.875Ba0.125-xSrxCuO4"Phys.Rev.B. 67. 140503(R) (2003)
• [Publications] K.Yamada, et al.: "Commensurate Spin Dynamics in the Superconducting Sate of an Electron-Doped Cuprate Superconductor"Phys.Rev.Lett. 90. 137004(4) (2003)
• [Publications] C.H.Lee, K.Yamada, et al.: "Spin pseudgap in La2-xSrxCuO4 Studied by Neutron Scattering"Phys.Rev.B. 67. 134521(6) (2003)
• [Publications] M.Fujita, M.Matsuda, K.Yamada, et al.: "Neutron-scattering study of spin correlations in electron-doped Pr_<0.89>LaCe_<0.11>CuO_4 single crystal"Physica C. 392-396. 130-134 (2003)
• [Publications] K.Ohoyama, et al.: "Long periodic magnetic structure in CeB2C2"J.Phys.Soc.Jpn.. 73. 3303-3304 (2003)
• [Publications] K.Ohoyama, et al.: "Anomalous Magnetic Scattering in Tetragonal RB2C2(R=rare earth) Observed by Neutron Diffraction"J.Phys.Condensed Matter. 15. S2127-S2130 (2003)
• [Publications] S.Itoh, et al.: "Spin dependent quantum renormalization factor in the one-dimensional Heisenberg antiferromagnetic systems determined by inelastic neutron scattering experiments"J.Phys.Soc.Jpn.. 73. 269-274 (2003)
• [Publications] S.Shamoto, et al.: "Phonon anomaly on NaxHfNCl superconductors with Tc=22 K"J.Neutron Research. (in Press). (2004)
• [Publications] H.Kimura, Y.Endoh et al.: "Spin Dynamical Properties and Orbital States of the Layered Perovskite La2-2xSr1+2xMnO7(0.33)x<0.5)"Phys.Rev. B. 65. 064414(10) (2002)
• [Publications] T.Matsumura, Y.Endoh et al.: "Observation of the antiferroquadrupolar order in DyB2C2 by resonant x-ray scattering"Phys.Rev. B. 65. 094420(10) (2002)
• [Publications] M.Matsuda, K.Yamada, Y.Endoh et al.: "Electronic phase separation in lightly doped La2-xSrxCuO4"Phys.Rev. B. 65. 134515(6) (2002)
• [Publications] M.Matsuda, K.Yamada, Y.Endoh et al.: "Magnetic Field Effects and Magnetic Anisotropy in Lightly Doped La2-xSrxCuO4"Phys.Rev. B. 66. 174508(2) (2002)
• [Publications] H.Nakao, Y.Endoh et al.: "Observation of Antiferroquadrupole Ordering in CeB6 by Using Resonant X-ray Scattering Technique"J.Phys.Soc.Jpn. 71 Suppl.. 103-105 (2002)
• [Publications] B.Roessli, Y.Endoh et al.: "Chiral flucturations in MnSi above the Curie Temperature"Phys.Rev.Lett.. 88. 237204(4) (2002)
• [Publications] S.H.Lee, J.M.Tranquada, D.J.Buttrey, K.Yamada, Q.Lee, S.-W.Cheong: "Freezing of a stripe liquid"Phys.Rev.Lett.. 88. 126401 (2002)
• [Publications] K.Kurahashi, H.Matsushita, M.Fujita, K.Yamada: "Heat treatment effects on the superconductivity and crystal structure of Nd_<1.85>Ce_<0.15>CuO_4 studied using a single crystal"J.Phys.Soc.Jpn.. 71. 910-915 (2002)
• [Publications] A.T.Savici, K.Yamada et al.: "Muon spin rotation studies of incommensurate magnetism and superconductivity in staged-4 La_2CuO_<4.11> and La_<1.88>Sr_<0.12>CuO_4"Phys.Rev. B. 66. 014524 (2002)
• [Publications] M.Fujita, H.Goka, K.Yamada, M.Matsuda: "Competition between charge-and spin-density-wave order and superconductivity in La_<1.875>Ba_<0.125-x>Sr_xCuO_4"Phys.Rev. Lett. 88. 167008/1-167008/4 (2002)
• [Publications] T.Suzuki, K.Yamada et al.: "Hall coefficient of La_<1.88-y>Y_ySr_<0.12>CuO_4(y=0,0.04) at low temperatures under high magnetic fields"Phys.Rev. B. 66. 104528/1-104528/4 (2002)
• [Publications] K.Isawa, M.Nagano, M.Fujita, K.Yamada: "Thermoelectric power of electron-doped superconductor, Pr_<1-x>Ce_xLaCuO_<4+δ>(0≦X≦0.2)"Physica. C. 378-381. 142-146 (2002)
• [Publications] T.Suzuki, T.Goto, K.Chiba, T.Fukase, M.Fujita, K.Yamada: "Anomalous broadening of the spin-flop transition in the reentrant spin glass phase of La_<2-x>Sr_xCuO_4(X=0.018)"Phys.Rev. B. 66. 172410/1-172410/4 (2002)
• [Publications] M.Matsuda, S.Katano, T.Uefuji, M.Fujita, K.Yamada: "Absence of a magnetic-field effect on static magnetic order in the electron-doped superconductor Nd_<1.86>Ce_<0.14>CuO_4"Phys.Rev. B. 66. 172509/1-172509/4 (2002)
• [Publications] M.Fujita, H.Goka, K.Yamada, M.Matsuda: "Structural effect on the static spin and charge correlations in La_<1.875>Ba_<0.125-x>Sr_xCuO_4"Phys.Rev. B. 66. 184503/1-184503/6 (2002)
• [Publications] A.Lucarelli, K.Yamada et al.: "Phase diagram of La_<2-x>Sr_xCuO_4 probed in the infared : Imprints of charge stripe excitations"Phys.Rev. Lett.. 90. 037002/1-037002/4 (2003)
• [Publications] Jianqi Li, Yimei Zhu, J.M.Tranquada, K.Yamada, D.J.Buttrey: "Transmission-electron-microscopy study of charge-stripe order in La_<1.725>Sr_<0.275>NiO_4"Phys.Rev. B. (submitted). (2003)
• [Publications] K.Isawa, M.Nagano, K.Yamada: "Crystal growth of YCuO_2 delafossite containing triangular Cu planes"J.Cryst.Growth. 237-239. 783-786 (2002)
• [Publications] N.Yamamoto, T.Ishida, M.Fujita, K.Yamada: "Crystalline anisotropy in electron-doped superconductor Pr_<0.9>LaCe_<0.1>CuO_4"Physica C. 378-381. 483-486 (2002)
• [Publications] M.Fujita, H.Goka, K.Yamada, M.Matsuda: "Stripe order in La_<1.875>Ba_<0.125-x>Sr_xCuO_4"Appl.Phys. A. 74. S1638-S1640 (2002)
• [Publications] S Itoh, K Iwasa, M J Bull: "Anomalous critical scattering from a three-dimensional percolating antiferromagnet RbMn0.31Mg0.69F3"Appl.Phys. A. 74[Suppl]. S789-S791 (2002)
• [Publications] S Itoh, H Tanaka, M J Bull: "Classical Properties in Spin Dynamics in the S=2 One-Dimensional Heisenberg Antiferromagnet, CsCrCl3"J Phys Soc J. 71 4. 1148-1153 (2002)
• [Publications] H.Hiraka, Y.Endoh et al.: "Reinvestigation of Magnetic Excitations in the Spin Density Wave of Chromium"Phys.Rev B.. (印刷中). (2003)
• [Publications] K.Hirota, Y.Endoh et al.: "Spin dynamical properties and orbital states of the layered perovskite La2-2xSr1+2xMn207 (0.3<=x<0.5)"Physical Review B. 65. 064414-064423 (2002)
• [Publications] T.Uefuji, K.Yamada, M.Fujita et al.: "Coexistence of Antiferromagnetic Ordering and High-Tc Superconductivity in Electron-Doped Superconductor Nd2-xCexCuO4"Physica C. 357-360. 208-211 (2001)
• [Publications] I.Watanabe, M.Fujita, K.Yamada et al.: "mSR study of magnetic properties of Nd2-xCexCuO4 around a boundary between the magnetically ordered state and superconducting state"Physica C. 357-360. 212-215 (2001)
• [Publications] H.Ohta, M.Motokawa et al.: "Observation of Direct Transition in S=1/2 Quantum Spin System Cu2(C5N12N2)2C14 by High Field ESR"J. Mag. Mag. Mater.. 226-230. 439-440 (2001)
• [Publications] H.Nojiri, M.Motokawa et al.: "Magnetic Excitations at Magnetization Plateaux : ESR Study on SrCu2(BO3)2 :"J. Mag. Mag. Mater.. 226-230. 1101-1102 (2001)
• [Publications] M.Arai, Y.Endoh, S.Tajima et al.: "Local Lattice Distortion and Charge-Spin Stripe Structure of Superconducting YBa2Cu3O6+x"Physics in Local Lattice Distortion. 191-201 (2001)
• [Publications] Y.Endoh, et al.: "Static and dynamical magneic charaters in doped Cu oxides"Physica B. 280. 201-204 (2000)
• [Publications] Y.Endoh et al.: "Dynamical magnetic susceptibility in the optimum doped LSCO with Tc=37K"J.Phys.Soc.Jpn.. 69. 16-21 (2000)
• [Publications] T.Asano,M.Motokawa et al.: "ESR investigation on the breather mode and the spinon-breather dynamical crossover in Cu benzoate"Phys.Rev.Lett.. 84. 5880-5882 (2000)
• [Publications] T.Asano,M.Motokawa et al.: "High-field ESR in one-dimensional quantum spin systems"Physica B. 284-288. 1625-1626 (2000)
• [Publications] Y.Ajiro,M.Motokawa et al.: "High-field,high-frequcncy ESR in the one-dimensional quantum spin systems"J Phys.Soc.Jpn.. 69 Supple.A. 297-302 (2000)
• [Publications] N.Furukawa and K.Hirota.: "Magnon Broadening Effects in Double Layered Manganite La_<1.2>Sr_<1.8>Mn_2O_7"Physica B. 291. 324-326 (2000)
• [Publications] P.M.Å.Gehring,K.Hirota et al.: "Cold Neutron Inelastic Scattering Measurements of the Spin-Peierls and Antiferromagnetic Excitations in Si-doped CuGeO_3 Single Crystals"J.Phys.Soc.Japan. 69. 592-59 (2000)
• [Publications] M.Kubota,K.Hirota et al.: "Relation between crystal and magnetic structures of the layered manganites La_<2-2x>Sr_<1+2x>Mn_2O_7(0.30<x<0.50)"J.Phys.Soc.Jpn.. 69. 1606- (2000)
• [Publications] S.Shamoto K.Ohoyama et ak.: "Pressure Effect and Neutron Scattering Study on AxHfNCl(A;Alkali Metals and Organic Molecules)"Physica C. (発表予定). (2001)
• [Publications] N Torikai,M.Takeda et al.: "Interfacial structure of block and graft copolymers with lamellar microphase-separated structures"Physica B. 283. 12-16 (2000)
• [Publications] M.Arai,T.Nishijima,Y.Endoh et al.: "Incommensurate Spin Dynamics of Underdoped Superconductor YBa2Cu3O6.7"Phys.Rev.Lett.. 83. 608-6011 (1999)
• [Publications] T.Nishijima,M.Arai,Y.Endoh et al.: "Incommensurate spin dynamicsw of high-Tc superconductor YBa2Cu3O7-d"J.Phys.Chem.Solids. 60. 1091-1094 (1999)
• [Publications] R.A.Dilanian F Izumi T.Kamiyama,K.Itoh: "Neutron Diffraction Study of the Phase Transition in K2Mn2(SO4)3"J.Phys.Chem.Solids. 60. 1423-1426 (1999)
• [Publications] K.Ohoyama.M.Kohgi et al.: "Magnetic excitations in the Kondo compound CeRhSb"Phycica B.. 259-261. 283-284 (1999)
• [Publications] S.Itoh,Y.Endoh et al.: "Spin dynamics in S=3/2,one-dimensional Heisenberg antoferromagnets,CsVCl3 and CsVBr3"Phys.Rev.B.. 59. 14406-14416 (1999)
• [Publications] S.Itoh K.Sakurai,Y.Endoh et al.: "Magnetic correlations in CsVCl3"J.Phys.Chem.Solids. 60. 1149-1151 (1999)