磁性体・超伝導体等の高エネルギースピン励起とその局所構造の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11211201
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大山 研司 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (60241569)
• 研究分担者: 社本 真一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90235698) ; 藤田 全基 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (20303894) ; 山田 和芳 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70133923) ; 中島 健次 日本原子力研究所, 研究員 (10272535) ; 伊藤 晋一 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教授 (00221771)
• キーワード: 日英協力 / 中性子散乱 / 磁性体 / MAPS分光器 / 強相関電子系

研究概要

本研究は、我が国の文科省高エネルギー加速器研究機構、(KEK)と英国中央研究所審議会(CCLRC)間で締結されている日英科学技術協力事業を進めるものである。同事業は、日本と英国が協力してCCLRC所属のラザフォードアップルトン研究所にある大強度パルス中性子源ISIS施設に単結晶試料専用高性能チョッパー型中性子分光器MAPSを建設し、中性子散乱による先端的物質科学研究を行うものである。日本側は主として、中性子検出器の開発及び設置を分担した。MAPS分光器は平成9年に着工、平成12年度に建設を完了し、平成13年6月より本格実験に入った。
本研究本年度で特に進めた研究は、酸化物高温超伝導体(HTCSC)のフォノンについての研究とスピン励起の研究である。
HTCSCの超伝導機構についてはスピンを媒介としたものと、従来のBCS理論による考え方がある。BCS理論立場からは銅酸素2次元超伝導面でのハーフ・ブリージングモードの挙動を研究することがもっとも重要とされてきた。特に電子-格子相互作用が直接観測できるフォノンのエネルギー幅の研究が重要である。研究の結果、電荷濃度を変化させ、超伝導温度を変えたいくつかの試料において、系統的な観測が世界で初めてなされた。非常に重要な知見が得られたといってよい。一方、スピン励起の詳細な研究により、波数-エネルギー空間に広がる特徴的な構造が明らかとなった。この特徴は、フェルミ面の形状を表していることが理論的にも予想されており、実験と理論が非常に整合性よく理解できることとなった。これらの研究により、同物質の超伝導機構の理解が非常に進んだといってよい。

研究成果

• [文献書誌] M.Fujita, K.Yamada, et al.: "Magnetic and superconducting phase diagram of electron-doped Pr1-xLaCexCuO4"Physica.Rev.B. 67. 014514(5) (2003)
• [文献書誌] H.Hiraka, K.Yamada, et al.: "Reinvestigation of magnetic excitations in the spin density wave of chromium"Phys.Rev.B. 67. 064423(4) (2003)
• [文献書誌] H.Kimura, K.Yamada, et al.: "Synchrotron x-ray diffraction study of a charge stripe order in 1/8 -doped La1.875Ba0.125-xSrxCuO4"Phys.Rev.B. 67. 140503(R) (2003)
• [文献書誌] K.Yamada, et al.: "Commensurate Spin Dynamics in the Superconducting Sate of an Electron-Doped Cuprate Superconductor"Phys.Rev.Lett. 90. 137004(4) (2003)
• [文献書誌] C.H.Lee, K.Yamada, et al.: "Spin pseudgap in La2-xSrxCuO4 Studied by Neutron Scattering"Phys.Rev.B. 67. 134521(6) (2003)
• [文献書誌] M.Fujita, M.Matsuda, K.Yamada, et al.: "Neutron-scattering study of spin correlations in electron-doped Pr_<0.89>LaCe_<0.11>CuO_4 single crystal"Physica C. 392-396. 130-134 (2003)
• [文献書誌] K.Ohoyama, et al.: "Long periodic magnetic structure in CeB2C2"J.Phys.Soc.Jpn.. 73. 3303-3304 (2003)
• [文献書誌] K.Ohoyama, et al.: "Anomalous Magnetic Scattering in Tetragonal RB2C2(R=rare earth) Observed by Neutron Diffraction"J.Phys.Condensed Matter. 15. S2127-S2130 (2003)
• [文献書誌] S.Itoh, et al.: "Spin dependent quantum renormalization factor in the one-dimensional Heisenberg antiferromagnetic systems determined by inelastic neutron scattering experiments"J.Phys.Soc.Jpn.. 73. 269-274 (2003)
• [文献書誌] S.Shamoto, et al.: "Phonon anomaly on NaxHfNCl superconductors with Tc=22 K"J.Neutron Research. (in Press). (2004)