定荷重方式4Gpa級高圧NMR装置開発による圧力誘起超伝導体の研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540327
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 藤原 直樹 東京大学, 物性研究所, 助手 (60272530)
• Keywords: 高圧下計測 / 核磁気共鳴(NMR) / 銅酸化物 / 超伝導

Research Abstract

スピンダラー銅酸化物Sr_2Ca_<12>Cu_<24>O_<41>は3GPa(3万気圧)の圧力下で超伝導になる物質として1996年以来物性研究者に広く知られている物質である。しかし、この系は3GPaの高圧をかけて初めて超伝導になるため、一時騒がれたことがあるわりには、あまり良く解っていない。一つには、3GPaの高圧ではキュービックアンビルを用いた抵抗測定等のマクロ測定しか確立していないことによる。物質のミクロ測定には核磁気共鳴法(NMR)等共鳴実験手段による高圧下測定が必要である。しかし、NMRでは多量の試料を必要とするため、上述のキュービックアンビル法では行えず、通常2GPaが限度である。圧力をかけたり、Ca置換などにより、梯子格子上のキャリアを変えた実験はおこなわれているが、いずれも超伝導状態近傍の周辺的研究に留まっていて、肝心なことは何も解っていないことからも、3GPaの障害が如何に大きいか計り知れる。この問題を克服するため、市販されていない極めて特殊なNiCrの合金を使うことにより、我々は液体窒素温度で3.5GPaまで出すことに成功した。
超伝導状態の対称性は、超伝導が高磁場で極めて安定である点と、準粒子励起に有限のギャップを伴うことからフルギャップの開いたp波であることがわかった。さらに高温でスピンギャップが存在していることを、1/T_1やナイトシフトが高温で活性型温度依存性を示すことから明らかにした。金属であるにもかかわらず局在スピン的な様相を高温で有し、極めて異常な金属状態が梯子系で実現していることがわかった。

Research Products

• [Publications] N.Fujiwara, et al.: "Superconductivity of the Sr_2Ca_<12>Cu_<24>O_<41> spin ladder eystem : Are the superconducting pairing and the spin-gap formation of the same origin?"Phys.Rev.Lett.. 90巻. 137001 (2003)
• [Publications] N.Fujiwara, et al.: "Spin fluctuation in the spin ladder Sr_2Ca_<12>Cu_<24>O_<41> under high pressure up to 3.0GPa"Physica C. 388巻. 229 (2003)
• [Publications] N.Fujiwara, et al.: "NMR study of the spin ladder Sr_2Ca_<12>Cu_<24>O_<41> under high pressure up to 3.5GPa"Acta Physica Polonica B. 34巻. 451 (2003)
• [Publications] N.Fujiwara, et al.: "Nuclear magnetic relaxation under high pressure in the spin ladder Sr_2Ca_<12>Cu_<24>O_<41>"J.Phys.and Chem.Solids. 63巻. 1103 (2002)