X線非弾性散乱による金属酸化物中の動的電荷揺らぎと格子振動の研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14340105
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 山田 和芳 京都大学, 化学研究所, 教授 (70133923)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井澤 和幸 東北電力株式会社, 研究開発センター, 研究員 ; 水木 純一郎 日本原子力研究所, 放射光科学研究センター, 次長 (90354977) ; 藤田 全基 京都大学, 化学研究所, 助手 (20303894)
• Keywords: 高温超電導 / 電子-格子相互作用 / 格子振動 / X線非弾性散乱 / 放射光

Research Abstract

銅酸化物超伝導体での動的電荷揺らぎが格子振動の分敵関係に与える影響をX線非弾性散乱実験で捉えることを目標とした。そのために、銅酸化物超伝導体の傾斜濃度単結晶育成を試みた。長さ約10cmの単結晶の中にキャリヤー濃度の希薄な絶縁体、(x〜0)から、超伝導相を経て、高濃度キャリヤーの金属領域(x〜0.3)に連続的に実現させることを目標とした。濃度傾斜がついていても、放射光X線のように局所的に物性が測定できれば、単一濃度結晶に匹敵する均一濃度系の情報が得られ、しかも単結晶なので粉末試料では得られない詳細な情報収集も可能である。現状では、0.06<x<0.3領域の長さ約8cmのLa_<2-X>Sr_xCuO_4単結晶が育成できている。濃度傾斜が予定通り付いているかどうかは研究室のX線回折装置により、格子定数の場所依存性で調べた。さらに結晶中のxが約0.07から0.22までの領域を約1.5mm程度の厚みで切断し、それぞれの単結晶の超伝導転移温度T_cを量子干渉磁束計SQUIDで求めた。
作成した超伝導単結晶を方位を定めて切出し冷凍機の中に取付け、SPring8放射光施設のビームライン35の装置を用いてX線非弾性散乱実験を行った。その結果、超伝導電荷揺らぎと強く結合するCu-Oボンドの伸縮モードの信号が高いエネルギー分解能で測定でき、超伝導領域では、動的電荷揺らぎが関与すると予想されるボンド伸縮モードのソフトニングが明確に観測された。
ビームを当てる場所を変化させて、細かなSr濃度依存性を測定するための、試料移動機構も本年度完成し、来年度以降は本格実験に入る予定である。

Research Products

• [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, Y.Fudamoto, I.M.Gat, T.Ito, M.I.Larkin, Y.J.Uemura, G.M.Luke, K.M.Kojima, Y.S.Lee, M.A.Kastner, R.J.Birgeneau, K.Yamada: "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, T.Goto, K.Chiba, M.Minami, Y.Oshima, T.Fukase, M.Fujita, K.Yamada: "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, MFujita, 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, S.Lupi, M.Ortolani, P.Calvani, P.Maselli, M.Capizzi, P.Giura, H.Eisaki, N.Kikugawa, T.Fujita, M.Fuj ita, K.Yamada: "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)