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

1996 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 08044045
• 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, 大学院・理学研究科, 教授 (70029560)
• 研究分担者: ピスクノフ Y. ロシア, ロシア科学アカデミーウラル研究所, 研究員 ; ヤクボフスキー A. ロシア, クルチャトフ研究所, 主任研究員 ; マリ ミハエル スイス, チューリッヒ大学, 講師 ; ロス ジョゼフ 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 ; 古川 裕次 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助手 (50280863) ; 松田 祐司 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (50199816) ; PISKUNOV Yuri Russian Academy of Sciences, Russia ; YAKUBOVSKII Andrey Kurchatov Institute, Russia ; MALI Mija Zurich University, Switzerland ; BRINKMANN Detlef Zurich University, Switzerland ; ROOS Joseph Zurich University, Switzerland
• 研究期間 (年度): 1996
• キーワード: 核磁気共鳴 / 酸化物 / 高温超伝導 / 強相関電子系 / 金属-絶縁体転移 / 硼素炭素化合物 / スピネル化合物

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・チューリッヒ大学のブリンクマン教授グループおよび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のヤクボフスキー博士等との共同研究として行った。
硼素超伝導体YNi_2B_2C、LaPt_2B_2C等の試料を作製しその評価に関する測定を北海道大学においておこない、7月下旬より8月下旬にかけての約1カ月にわたり、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、低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)YNi_2B_2Cにおける^<11>Bサイトにおいては低温に向かいナイトシフト、1/T_1Tが大きく増大するがThPt_2B_2Cにおいては温度に対してほぼ一定であること、3)PtサイトのNMRが観測され、コリンハの関係が成り立つこと、4)各原子サイトのスピン密度大きさの情報が得られたこと、である。これらの測定結果は、新たに発見された超伝導層状物質である四元硼素化合物においてdスピンの揺らぎの効果が重要な役割を担っているのではなく、Bサイトでの緩和時間が低温に向かって増大する温度依存性は特異なバンド構造に起因するとして説明が出来た。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を作製しNMR測定を行った。これら一連の興味ある硼素炭素金属間化合物のNMR測定による電子相関とは今後とも継続して進めている。
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、濃縮核を用いた無限層銅酸化物超伝導体Sr_<1-x>LA_xCuO_2、およびBaPb_<1-x>Bi_xO_3、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_2において、SサイトをNMR可能な^<33>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/T_1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なった。また、2元合金系のCuIr_2(S_<1-x>Se_x)_4のCu-NMRを測定によりMI転移のx依存性と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を明らかにした。緩和時間の詳細な温度変化の測定は今後とも議論すべき課題である。
これらの成果を論文にとりまとめ、北京で開催される第5回高温超伝導体に関する国際会議で成果報告するとともに、同国際会議に参加した内外の多くの研究者との研究討論を行い理解を深めた。

研究成果

• [文献書誌] K.Kumagai,S.Ikeda,J.Roos,M.Mali and D.Brinkman: "^<195>Pt and ^<11>B NMR Study of LaPt_2B_2C and YNi_2B_2C" Physica. C272. 301-308 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Ikeda,K.Kumagai,J.Jiang,C.C.Lai,and H.C.Ku: "NMR Study of Quaternary Superconductors RT_2B_2C (R=Y,La,Th and T=Ni,Pd,Pt)" Physica. C263. 526-529 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] A.Yamanaka,K.Kumagai,Y.Piskunov and A.Yakubovsky: "Hyperfine Field and Electric Field Gradient at Various Cation Sites in RBa_2Cu_2NbO_8 and RSr_2Cu_2GaO_7" J.Phys.Soc.Jpn.65. 3336-3342 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Kumagai,S.Ikeda,J.Jiang,C.C.Lai,and H.C.Ku: "NMR Studies of Quaternary Borocarbide Superconductors RM_2B_2C (R=Y,La,Th and T-Ni,Pd,Pt)" J.Low Tem.Physica. 105. 1641-1646 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Furukawa,A.Iwai,K.Kumagai,and A.Yakubovsky: "^<31>P-NMR Study of Low Energy Spin Excitations in Spin Ladder (VO)_2P_2O_7 and Spin Dimer VO (HPO_4) 0.5H_2O Systems" J.Phys.Soc.Jpn.65. 2393-2396 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Tsuji,K.Kumagai,M.Kato,and Y.Koike: "NMR Study on Spin Gap in Spin Ladder Sr_<14>Cu_<24>O_<41>." J.Phys.Soc.Jpn.65. 3474-3477 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Ikeda, K.Kumagai, J.Jiang, M.S.Lin, C.C.Lai, and H.C.Ku: "NMR Study of Quaternary Superconductors RT_2B_2C (R=Y,La, Th and T=Ni, pd, pt)" Physica C. C272. 301-308 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Kumagai, S.Ikeda, J.Roos, M.Mali and D.Brinkman: "^<195>Pt and ^<11>B NMR Study of Lapt_2B_2C and YNi_2B_2C" Physica. 263. 526-529 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.Yamanaka, K.Kumagai, Y.Piskunov and A.Yakubovsky: "Hyperfine Field and Electric Field Gradient at Various Cation Sites in RBa_2Cu_2NbO_8 and RSr_2Cu_2GaO_7" J.Phys.Soc.Jpn.65. 3336-3342 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Kumagai, S.Ikeda, J.Jiang, M.S.Lin, C.C.Lai, and H.C.Ku: "NMR Studies of Quaternary Borocarbide Superconductors RM_2B_2C (R=Y,La, Th and T=Ni, Pd, Pt)" J.Low Temp.Physics. 105. 1641-1646 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Furukawa, A.Iwai, K.Kumagai, and A.Yakubovsky: "^<31>P-NMR Study of Low Energy Spin Excitations in Spin Ladder (VO)_2P_2O_7 and Spin Dimer VO (HPO_4) 0.5H_2O Systems" J.Phys.Soc.Jpn.65. 2393-2396 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Tsuji, K.Kumagai, M.Kato, and Y.Koike: "NMR Study on Spin Gap in Spin Ladder Sr_<14>Cu_<24>O_<41>." J.Phys.Soc.Jpn.65. 3474-3477 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より