ハルデン系物質Ln_2BaNiO_5のドーピング効果と磁気励起

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12440105
• Research Institution: AOYAMA GAKUIN UNIVERSITY
• Principal Investigator: 秋光 純 青山学院大学, 理工学部, 教授 (80013522)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 銭谷 勇磁 青山学院大学, 理工学部, 助手 (50327285) ; 菊地 淳 東京理科大学, 理工学部, 助手 (90297614) ; 元屋 清一郎 東京理科大学, 理工学部, 教授 (60114683)
• Keywords: ハルデン系 / 一重項状態 / 一次元系 / 磁気励起

Research Abstract

ハルデン系の研究は低次元特有の量子揺らぎがマクロに観測されることから理論・実験の両面から研究が行われている。特に非磁性の基底状態を持つハルデン系は、一次元鎖に不純物が導入されることによって磁性が誘起し、その磁性と量子揺らぎが結合して新しい磁気状態が形成される。
我々は不純物としてキャリヤ(ホール)に注目し、ドーピング効果と磁気励起の観測を試みた。物質は中性子実験を中心とした詳細な物性を観測するため、大型の単結晶が得ることができるNd_2BaNiO_5を選択した。この物質は低温で反強磁性秩序を生じるにもかかわらず転移点T_Nより高温側では純粋なハルデン状態を示し、また、T_Nより低温側ではNdイオンがハルデン鎖に対して約50Tの実効的な交代磁場を与える描像で理解されている。
系統的にホールドーピングを行った(Nd,Ca)_2BaNiO_5における中性子実験の結果、T_N以上の温度領域において動的な非整合構造を観測し、この非整合構造がホールドーピングに伴って生じることを明らかにした。また、この非整合構造はホール濃度の増加に伴ってブロードニングを起こし、ハルデン状態が不純物の導入によって急速に壊されることから動的な非整合構造はハルデン状態のスピン揺らぎに付随した状態であることが判明した。また、非整合構造のピーク間の距離δはホール濃度に比例した関係を持たず、銅酸化物超伝導体で観測されたホール濃度とδの関係に類似している。さらに興味深いことはT_N以下で新しい磁気励起を観測したことである。理論的に予想されているエネルギーよりも高いもののホールドーピングに伴って分散の小さい磁気励起が観測された。しかしながら非整合構造及び新しい磁気励起のいずれもNdイオン自体の物性が強く観測されているため、これ以上の詳細な情報を得られなかった。そこで、現在エネルギー分解能の優れているESR実験を行っている。また、Ndイオンの影響を自由にコントロールできる(Nd,Y,Ca)_2BaNiO_5の単結晶育成に成功したため、今後も中性子実験を行う予定である。

Research Products

• [Publications] 秋光 純: ""梯子"でせまる超伝導の謎-梯子型超伝導物質の発見とその物性-"科学. Vol.72. 358-364 (2002)
• [Publications] K.Ohishi, K.Kakuta, J.Akimitsu et al.: "Nonlocal effects and shrinkage of the vortex core radius in YNi_2B_2C probed by muon spin rotation"Phys. Rev. B. 65. 140505-1-140505-4 (2002)
• [Publications] 秋光 純, 銭谷 勇磁: "新しい金属系超伝導体MgB_2と最近の展開"金属. 72. 5-10 (2002)
• [Publications] M.Sera, F.Iga, S.Kobayashi, H.Sugamoto, J.Akimitsu et al.: "Ce site substitution effects on the multipolar interactions in CeB_6"J. Phys. Soc. Jpn.. 71Suppl.. 52-55 (2002)
• [Publications] M.Saitoh, H.Takagiwa, H.Ichikawa, J.Akimitsu et al.: "Where is the magnetic moment in CeB_6"J. Phys. Soc. Jpn.. 71Suppl.. 106-108 (2002)
• [Publications] H.Takagiwa, K.Ohishi, J.Akimitsu et al.: "Magnetic Properties in Phase IV of Ce_<0.8>Nd_<0.2>B_6 Studied by Muon Spin Relaxation"J. Phys. Soc. Jpn.. 71Suppl.. 118-120 (2002)
• [Publications] M.Udagawa, S.Nagai, N.Ogita, F.Iga, J.Akimitsu et al.: "Raman scattering investigation of high temperature ferromagnetic crystals"J. Phys. Soc. Jpn.. 71Suppl.. 314-316 (2002)
• [Publications] H.Kotegawa, K.Ishida, Y.Kitaoka, T.Muranaka, J.Akimitsu et al.: "Strong coupling s-wave superconductivity in MgB_2 : ^<11>B-NMR study of MgB_2 and Al-doped MgB_2"J. Phys. Soc. Jpn.. 71Suppl.. 332-334 (2002)
• [Publications] K.Ohishi, T.Muranaka, J.Aknnitsu et al.: "Physical Properties in Flux Line Lattice State in MgB_2 Probed by μSR"J. Phys. Soc. Jpn.. 71Suppl.. 335-337 (2002)
• [Publications] T.Muranaka, T.Yokoo, M.Arai E.Marigiolaki, J.Akimitsu et al.: "Vibrational spectroscopy of MgB_2 by neutron inelastic scattering"J. Phys. Soc. Jpn.. 71Suppl.. 338-340 (2002)
• [Publications] 村中 隆弘, 秋光 純: "MgB_2の高温超伝導"セラミックス. 37[4]. 225-260 (2002)
• [Publications] H.Narayan, S.B.Samanta, A.Gupta, J.Akimitsu et al.: "SEM, STM/STS and heavy ion irradiation studies on magnesium diboride superconductor"Physica C. 377. 1-6 (2002)
• [Publications] M.Saitoh, N.Okada, E.Nishibori, H.Takagiwa, J.Akimitsu et al.: "Anomaloius Spin Density Distribution in CeB_6"J. Phys. Soc. Jpn.. Vol.71 No.10. 2369-2372 (2002)
• [Publications] S.Olisugi, S.Matsumoto, Y.Kitaoka, J.Akimitsu et al.: "Field-induced magnetic order in disordered single crystal Sr_<14>Cu_<24>O_<41> : Cu-NMR Study"Physica B. 312-313. 603-605 (2002)
• [Publications] 秋光 純, 村中 隆弘, 西堀 英治, 高田 昌樹, 坂田 誠: "ボロン化合物の物性の新しい展開"固体物理. Vol.37 No.9. 585-593 (2002)
• [Publications] A.B.Kuz'menko, F.P.Mena, H.J.A.Molegraaf, J.Akimitsu et al.: "Manifestation of multiband optical properties of MgB_2"Solid State Commun.. 121. 479-484 (2002)
• [Publications] H.Kotegawa, K.Ishida, Y.Kitaoka, T.Muranaka, J.Akimitsu et al.: "Evidence for high-frequency phonon mediated s-wave superconductivity : ^<11>B-NMR study of Al-doped MgB_2"Phys. Rev. B. 66. 064516 (2002)
• [Publications] E.Z.Kurmaev, I.I.Lyakhovskaya, J.Kortus, J.Akimitsu et al.: "Electronic structure of MgB_2 : X-ray emission and absorption studies"Phys. Rev. B. 65. 134509 (2002)
• [Publications] S.B.Samanta, H.Narayan, A.Gupta, J.Akimitsu et al.: "Grain boundaries as weak links : The case of MgB_2 with reference to YNi_2B_2C"Phys. Rev. B. 65. 092510 (2002)
• [Publications] T.Takasaki, T.Ekino, T.Muranaka, H.Fujjii, J.Akimitsu: "Superconducting gap in polycrystalline MgB_2 studied by electron tunneling"Physica C. 378-381. 229 (2002)
• [Publications] Y.Zenitani, J.Akimitsu: "Discovery of the new superconductor MgB_2 and its recent development"JSAP International. 6. 4-11 (2002)
• [Publications] M.Udagawa, S.Nagai, N.Ogita, F.Iga, J.Akimitsu et al.: "Raman scattering investigation of high temperature ferromagnetic crystals"J. Phys. Soc. Jpn.. 71. 314-316 (2002)
• [Publications] T.Takasaki, T.Ekino, T.Muranaka, H.Fuiii, J.Akimitsu: "Tunneling spectroscopy of polycrystalline MgB_2 by break junction"Physica C. 378-381. 229-233 (2002)
• [Publications] K.Motoya, K.Hioki, J.Suzuki: "SANS study of slow dynamics in reentrant spin glass Fe_<0.7>A_<0.3>"Appl. Phys.. A74. S592-S594 (2002)
• [Publications] S.M.Shapiro, W.Bao, S.Raymond, S.H.Lee, K.Motoya: "Absence of Edge Localized Moments in the Doped Spin-Peierls System CuGe_<1-X>Si_XO_3"Phys. Rev. Lett.. 88. 037603 (2002)
• [Publications] J.Kikuchi, N.Wada, K.Nara, K.Motoya: "Microscopic Magnetic Properies of (V_<1-X>Ti_X)_2O_3 near the Phase Boundary of the Metal-Insulator Transition"J. Phys. Chem. Solids.. 63. 969-973 (2002)
• [Publications] J.Kikuchi, S.Ishiguro, T.Matsuoka, K.Motoya et al.: "CU NQR and NMR Studies of the Doped Spin-Peierls System CuGe_<1-X>Si_XO_3"Prog. Theor. Phys.. 145. 345-348 (2002)