ドメイン制御した高温超伝導体のCuO_2面における1次元磁気異方性の中性子散乱研究

• 研究課題/領域番号: 15340109
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 廣田 和馬 東京大学, 物性研究所, 助教授 (90272012)
• 研究分担者: 阿曽 尚文 東京大学, 物性研究所, 助手 (40313118) ; 木村 宏之 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (50312658) ; 松浦 直人 東京大学, 物性研究所, 助手 (30376652)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 14,900千円 (直接経費: 14,900千円); 2005年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円); 2004年度: 4,800千円 (直接経費: 4,800千円); 2003年度: 7,000千円 (直接経費: 7,000千円)
• キーワード: 高温超伝導 / La_<2-x>Sr_xCuO_4 / 中性子散乱 / 1次元的スピン変調 / スピンダイナミクス / Bi系高温超伝導体 / 不純物効果 / Bi_2Sr_<2-x>La_xCuO_6 / Bi_2Sr_2CaCu_2O_8 / Dewtinning / La_<2-x>Sr_XCuO_4

研究概要

ドメイン制御したり、異方性の高い高温超伝導の単結晶は大型化が困難なため、中性子散乱を行うためには複数の結晶を整列させて実効体積を増加させる必要がある。そのため、多数の単結晶を正確に効率良く配列して実効体積を大幅に高めるための手法を確立した。高エネルギーX線回折装置とCCDカメラを用いたシステムおよび中性子シンチレーターと高感度冷却CCDを組合せた中性子カメラの制作を行い、6枚のBi2212単結晶を高い精度で配列させ、0.53ccの体積を得ることに成功した。これは過去の代表的研究例のおよそ8倍に相当する。現在、日米科学技術協力「中性子散乱」を通じ、米国オークリッジ国立研究所において、磁気励起およびレゾナンスピークの探索を行っている。
さらに本研究の一環として、超伝導と反強磁性スピンダイナミクスの関連性を明らかにするために、La_<2-x>Sr_xCuO_4の最適ドープ試料(x=0.15)のCuサイトに不純物を少量ドープした系を用いて、不純物によるT_cの低下と低エネルギー磁気励起の変化に関して系統的な非弾性散乱研究を行った。不純物のなかでも、非磁性不純物Znは磁性不純物Niよりも大きくT_cを抑制することが知られており、この両者を比較することで、T_cの抑制機構に磁性がどのように関連しているかを浮き彫りにできると考えた。不純物を含まないLa_<1.85>Sr_<0.15>CuO_4は超伝導領域で、低エネルギー磁気励起にスピンギャップが開くことが知られている。Zn不純物の場合、スピンダイナミクス全体はほとんど変化しないが、スピンギャップ内に新しい状態が現れることが分かった。一方、Ni不純物ではスピンダイナミクスがT_cの低下にともなって低エネルギー方向にrenormalizeされることが分かった。このことから、不純物の種類によってCuO_2面の超伝導状態が受ける影響が定性的に大きく異なることが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Stoner gap in the superconducting ferromagnet UGe_2 (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Aso, G.Motoyama, Y.Uwatoko, S.Ban, S.Nakamura, T.Nishioka, Y.Homma, Y.Shiokawa, K.Hirota, N.K.Sato
  • 雑誌名: Physical Review B 73
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Spatial distribution of the B-site inhomogeneity in an as-grown Pb(In_<1/2>Nb_<1/2>)O_3 single crystal studied by a complementary use of X-ray and neutron scatterings (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Ohwada, K.Hirota, H.Terauchi, H.Ohwa, N.Yasuda
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 75
  • NAID: 110004086876
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Stoner gap in the superconducting ferromagnet UGe_2 (2006)
  • 著者名/発表者名: Aso, N, Motoyama, G, Uwatoko, Y, Ban, S, Nakamura, S, Nishioka, T, Homma, Y, Shiokawa, Y, Hirota, K, Sato, NK
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 73(5) ページ: 54512-54512
• [雑誌論文] Neutron diffraction study on the antiferromagnetic insulating ground state of β-Na_<0.33>V_2O_5 (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Nagai, M.Nishi, K.Kakurai, Y.Oohara, H.Yoshizawa, H.Kimura, Y.Noda, B.Greiner, T.Yamauchi, J.Yamamura, M.Isobe, Y.Ueda, K.Hirota
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 74 ページ: 1297-1308
  • NAID: 110001979525
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Spin-singlet ground state in two-dimensional S=1/2 frustrated square lattice : (CuCl)LaNb_2O_7 (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Kageyama, T.Kitano, N.Oba, M.Nishi, S.Nagai, K.Hirota, L.Biciu, J.B.Wiley, J.Yasuda, Y.Baba, Y.Ajiro, K.Yoshimura
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 74 ページ: 1702-1705
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] ^<17>O NMR study of the inhomogeneous electronic state in La_<2-x>Sr_xCuO_4 crystals^1 (2005)
  • 著者名/発表者名: P.M.Singer, T.Imai, F.C.Chou, K.Hirota, M.Takaba, T.Kakeshita, H.Eisaki, S.Uchida
  • 雑誌名: Physical Review B 72
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Zn and Ni doping effects on the low-energy spin excitations in La_<1.85>Sr_<0.15>CuO_4 (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Kofu, H.Kimura, K.Hirota
  • 雑誌名: Physical Review B 72
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Neutron diffraction study on the antiferromagnetic insulating ground state of b-Na_<033>V_2O_5 (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Nagai, M.Nishi, K.Kakurai, Y.Oohara, H.Yoshizawa, H.Kimura, Y.Noda, B.Greiner, T.Yamauchi, J.Yamamura, M.Isobe, Y.Ueda, K.Hirota
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 74 ページ: 1297-1308
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Spin-singlet ground state in two-dimensional S=1/2 frustrated square lattice : (CuCl)LaNb_2O_7 (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Kageyama, T.Kitano, N.Oba, M.Nishi, S.Nagai, K.Hirota, L.Viciu, J.B.Wiley, J.Yasuda, Y.Baba, Y.Ajiro, K.Yoshimura
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 74 ページ: 1702-1705
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] ^<17>O NMR study of the inhomogeneous electronic state in La_<2-x>Sr_xCuO_4crystals' (2005)
  • 著者名/発表者名: P.M.Singer, T.Imai, F.C.Chou, K.Hirota, M.Takaba, T.Kakeshita, H.Eisaki, S.Uchida
  • 雑誌名: Physical Review B 72
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Electronic excitations in hole-doped La_<1-x>Sr_xMnO_3 studied by resonant inelastic X-ray scattering (2005)
  • 著者名/発表者名: Ishii, K, Inami, T, Ohwada, K, Kuzushita, K, Mizuki, J, Murakami, Y, Ishihara, S, Endoh, Y, Maekawa, S, Hirota, K, Moritomo, Y
  • 雑誌名: JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS 66(12) ページ: 2157-2162
• [雑誌論文] Hole concentration dependence of Mn e(g) orbital state in bilayer manganites studied by magnetic Compton profile measurement (2005)
  • 著者名/発表者名: Koizumi, A, Nagao, T, Kakutani, Y, Hiraoka, N, Sakai, N, Arima, T, Hirota, K, Murakami, Y
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 66(12) ページ: 2183-2191
• [雑誌論文] Zn and Ni doping effects on the low-energy spin excitations in La_<1.85>Sr_<0.15>CuO_4 (2005)
  • 著者名/発表者名: Kofu, M, Kimura, H, Hirota, K
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 72(6) ページ: 64502-64502
• [雑誌論文] O-17 NMR study of the inhomogeneous electronic state in La_<2-x>Sr_xCuO_4 crystals (2005)
  • 著者名/発表者名: Singer, PM, Imai, T, Chou, FC, Hirota, K, Takaba, M, Kakeshita, T, Eisaki, H, Uchida, S
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 72(1) ページ: 14537-14537
• [雑誌論文] Neutron diffraction study on the antiferromagnetic insulating ground state of β-Na_<0.33>V_2O_5 (2005)
  • 著者名/発表者名: Nagai, S, Nishi, M, Kakurai, K, Oohara, Y, Kimura, H, Yoshizawa, H, Noda, Y, Grenier, B, Yamauchi, T, Yamaura, J, Isobe, M, Ueda, Y, Hirota, K
  • 雑誌名: JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 74(4) ページ: 1297-1308
  • NAID: 110001979525
• [雑誌論文] d-f Coulomb and quadrupole-strain interactions in DyB_2C_2 observed by resonant x-ray scattering (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Matsumura, D.Okuyama, N.Oumi, K.Hirota, H.Nakao, Y.Murakami, Y.Wakabayashi
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 71 ページ: 12405-12405
• [雑誌論文] Resonant inelastic x-ray scattering study of the hole-doped manganites La_<1-x>Sr_xMnO_3 (x=0.2,0.4) (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Ishii, T.Inami, K.Ohwada, K.Kuzushita, J.Mizuki, Y.Murakami, S.Ishihara, Y.Endoh, S.Maekawa, K.Hirota, Y.Moritomo
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 70 ページ: 224437-224437
• [雑誌論文] Change in Mn 3d orbital state related to a metal-insulator transition in a bilayer manganite studied by magnetic Compton profile measurement (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Koizumi, T.Nagao, Y.Kakutani, N.Sakai, Hirota, Y.Murakami
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 69 ページ: 60401-60401
• [文献書誌] H.Kimura, M.Kofu, Y.Matsumoto, K.Hirota: "Novel in-gap spin state in Zn-doped La_<1.85>Sr_<0.15>CuO_4"Physical Review Letters. 91. 067002-1-067002-4 (2003)
• [文献書誌] M.Kubota, Y.Oohara, H.Yoshizawa, H.Fujioka, K.Hirota, Y.Moritomo, Y.Endoh: "Highly degenrate canted spin structure in bilayer manganite La_<1.1>Sr_<1.9>Mn_2O_7"Physical Review Letters. 91. 04702-1-04702-4 (2003)