フラストレーション系の新奇超伝導体の探索

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14654060
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 吉村 一良 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70191640)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 将樹 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90271006)
• Keywords: フラストレーション / パイロクロア酸化物 / 酸化物超伝導 / 反強磁性相互作用 / 強相関 / 低次元化合物 / 単結晶 / 新物質探索

Research Abstract

強相関電子系の中でパイロクロア型磁性化合物はスピンや電荷のフラストレーションが大きいことで注目されている.パイロクロア化合物が金属伝導を示す場合,その大きな磁気フラストレーションを利用して超伝導になることが予想され,最近,Cd_2Re_2O_7というパイロクロア型酸化物が超伝導を示すことが初めて見出された.パイロクロア系遷移金属酸化物ではPb_2Re_2O_7,Pb_2Ru_2O_7,Bi_2Ru_2O_7など金属伝導を示すものがまだ数多く知られており,これらの物質の単結晶試料を合成し超伝導の探索を行うことが本研究の目的である.また,この系では,Cd_2Os_2O_7やTl_2Ru_2O_7のように電荷やスピンのフラストレーションに起因した金属絶縁体転移を示す物質も存在が知られている.超伝導と金属絶縁体転移などの強相関系の特徴的な現象の間の関係を明らかにすることも目的として研究を行った.Cd_2Re_2O_7の超伝導機構を解明する上でも第二第三の超伝導体を探索することが重要であり本研究の中心課題である.
本年度の研究の結果として,新規超伝導体Cd_2Re_2O_7が200Kで構造相転移を示し,その際,銅酸化物高温超伝導体と同様にスピンギャップ的な振る舞いを示すことを核磁気緩和実験によって見出した.また,金属伝導を示すパイロクロア型パウリ常磁性体酸化物Bi_2Ru_2O_7およびPb_2Ru_2O_7において,磁気秩序は低温まで示さないものの反強磁性的なスピン揺らぎが支配的であることが核磁気緩和測定の結果,明らかになった.また,金属・絶縁体転移を示すパイロクア酸化物Tl_2Ru_2O_7は金属・絶縁体転移の転移温度以下の絶縁体状態で,転移点以上の金属状態で有していたRuスピンを失い,スピン一重項状態となることをTlのNMRの観測に初めて成功して示すことができた.これらの現象は,Cd_2Re_2O_7系の超伝導発現と密接に関係していると考えられる.

Research Products

• [Publications] H.Ohno: "NMR study of Na_<3-x>Ru_4O_9"J.Phys.Chem.Solids. 63. 1017-1019 (2002)
• [Publications] H.Sakai: "NMR Study of Metallic Pyrochlore Ruthenium Oxides, Bi_2Ru_2O_7 and Pb_2Ru_2O_<7-δ>"J.Phys.Chem.Solids. 63. 1039-1041 (2002)
• [Publications] H.Sakurai: "New Type of Frustrated Spin Chains in KMgxCu_<5-x> V_3O_<13> (x=0〜1)"J.Phys.Chem.Solids. 63. 1123-1127 (2002)
• [Publications] D.Huo: "Thermoelectric power of the superconducting pyrochlore Cd_2Re_2O_7"J.Phys. : Condens.Mat.. 14. L257-L260 (2002)
• [Publications] H.Sakai: "Tl-NMR Study of Pyrochlore Oxide Tl_2Ru_2O_7 : Observation of Spin-Singlet Formation"J.Phys.Soc.Jpn.. 71. 422-424 (2002)
• [Publications] H.Sakurai: "Antiferromagnetic order in 2D-spin system Cu_3B_2O_6"Phys.Rev.B. 66. 024428-1-024428-6 (2002)