核磁気共鳴法による強相関電子系における金属-絶縁体転移と高温超伝導に関する研究

• 研究課題/領域番号: 06044003
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 熊谷 健一 北海道大学, 理学部, 教授 (70029560)
• 研究分担者: ヤクボフスキー A ロシア, クルカトフ研究所, 主任研究員 ; ロス J スイス, チューリッヒ大学, 講師 ; マリ M スイス, チューリッヒ大学, 講師 ; ブリンクマン D スイス, チューリッヒ大学, 教授 ; 藤原 賢二 島根大学, 理学部, 助教授 (50238630) ; 松田 祐司 北海道大学, 理学部, 助教授 (50199816) ; BRINKMANN Detlef Zurich University, Switzerland, Professer ; MALI Mija Zurich University, Switzerland, Lecturer ; YAKUBOVSKII Andrey Kuruchatov Institute, Russia, Chief Resercher ; ROOS Joseph Zurich University, Switzerland, Lecturer
• 研究期間 (年度): 1994
• 研究課題ステータス: 完了 (1994年度)
• 配分額: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円); 1994年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
• キーワード: 核磁気共鳴 / 高温超伝導 / 金属-絶縁体転移 / 強相関電子系 / 磁性

研究概要

本研究は、電荷移動型酸化物高温超伝導体とモット型絶縁体の2つの異なるタイプの強相関系で各原子サイトの電子状態の知見を得て、特異な電子状態のもとでのスピンの揺らぎの効果と金属-絶縁体転移(MI転移)近傍に現れる高温超伝導の発現機構との関連を明らかにすることを目的とした。このため、微視的測定手段である核磁気共鳴の研究を、高磁場下でのパルスNMR測定装置を有するスイス・チューリッヒ大学ブリンクマン教授のグループ、およびNMR可能な濃縮核を用いた試料の作製をロシア・クルチャトフ研究所ヤクボフスキー博士との共同研究として行った。
7月上旬に、スイス・チューリッヒ大学において予備実験を含め測定条件(温度、磁場)に関するNMR研究打ち合わせを行った。その議論をふまえ、最近新たに発見された超伝導体YNi_2B_2C、LaPt_2B_2Cを北海道大学において製作した。あらかじめ北海道大学において試料の評価に関する測定をおこない、良質の試料(T_C=12-16K)であることを確認できた。9月上旬より10月下旬にかけての1ヵ月半にわたり、高磁場下でのNMR測定に関する共同研究をスイス・チューリッヒ大学においておこなった。^<11>Bと^<195>Ptの核緩和時間(T_1)とナイトシフト(K)を測定することにより、底エネルギースピン励起の特徴を明らかにした。
得られた主な結果は、1)^<11>BのナイトシフトとT_1は3d遷移元素及び希土類元素の置換により大きな影響を受けること、2)低温に向かいナイトシフト、1/T_1Tが大きく増大すること、3)PtサイトのNMRが観測され、d電子サイトのスピン密度の情報が得られたこと、である。これらのの測定結果は、新たに発見された超伝導層状物質である四元ボライド化合物において3d(5d)スピンの揺らぎの効果の重要性を示している。
更に、イオン半径の差異による局所スピン密度とスピンの揺らぎに関する系統的知見を得る目的で、系統的な希土類元素置換の試料作製をH.C.Ku博士との共同研究として推進した。磁性と超伝導の競合で多様な性質を示す磁性超伝導体あるいはリエントラント超伝導体としての4元ボライド化合物を作製した。これらの一連の興味ある物質のNMR測定は今後とも継続して進めることになる。
一方、電子状態のドープ濃度依存性に関する研究を進めるため、濃縮核を用いた銅酸化物超伝導体、およびBaPb_<1-X>Bi_XO_a、における濃縮核^<137>Baアイソトープに置換した試料、および金属-絶縁体転移物質としてのスピネル化合物CuIr_2S_4において、S(硫黄)サイトをNMR可能な^<aa>Sアイソトープに置換した試料をヤクボフスキー博士と協力して作製した。これらの試料におけるNMR測定は北海道大学においておこなった。銅スピネル化合物におけるCuサイトでのナイトシフト、1/T1の大きな減少は、MI転移でエネルギーギャップの形成によるスピン密度の減少を示している。さらに、MI転移において磁気秩序状態は現れないことがNMR測定結果より明らにした。MI転移近傍におけるスピンの揺らぎの特徴的振る舞いについては、^<aa>SのNMR観測をを含めて緩和時間の詳細な温度変化の測定をとうして今後議論すべき課題である。

研究成果

• [文献書誌] 熊谷健一: "Enhanced Carrier Mass Near the Metal-Insulator Transition in La_<1-X>T_2O_3 and Y_<1-X>Ca_XTiO_3" Physica. B199 & 200. 107-108 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 熊谷健一: "Study of Metal-Insutator Transition of La_<1-X> Srx TIO_3 and Y_<1-X>Ca_XTiO_3 by Heat Capacity Measurements" Physica. B194-196. 463-464 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 松田祐司: "The Low Temperature Microwave Surface Resistance of 90K and 60K YBa_2Cu_3O_<7-y> in Magnetic Fields" Physica. C235-240. 1999-2000 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 熊谷健一: "NMR Studies of Super conductivity and Metal-Insulator Transition in Cu Spinel CuM_2X_<21>(M=Rh,Ir,X=S,Se)" to be published in Proci of Taniguchi Conference. (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Kumagai: "Enhanced Carrier Mass Near the Metal-Insulator Transition in La 1-xSrxTiO3 and Y1-xcaxTiO3" Physica. B199&200. 107-108 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Kumagai: "Study of Metal-Insulator Transition OF Lal-xSrxTiO3 and Y1-xCaxTiO4 by Heat Capacity Measurements" Physica. B194-196. 463-464 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Matsuda: "The Low temperature Microwave Surface Resistance of 90K and 60K YBa2Cu3O7-y in Magnetic Fields" Physica. C235-240. 1999-2000 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Kumagai: "NMR Studies of Superconductivity and Metal-Insulator Transition in Cu Spinel Cu Spinel CuM2X4 (M=Rh, Ir and X=S,Se)" to be published in Proc.of Taniguchi International Conference. (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より