ビスマス系・イットリウム系銅酸化物および梯子型銅酸化物における電荷とスピンの秩序

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12046210
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小池 洋二 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70134038)
• 研究分担者: 野地 尚 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50180740)
• キーワード: 高温超伝導 / ストライプ秩序 / μSR / 中性子散乱 / 梯子型酸化物 / 熱伝導 / 単結晶育成

研究概要

1.Y系高温超伝導体YBa_2Cu_<3-2y>Zn_<2y>O_<7-8>についてμSR実験を行い、Znで部分置換(y=0.025)したp(CUO_2面のCuあたりのホール濃度)〜1/8の試料では、低温で著しく磁気相関が発達し、静的な磁気秩序が形成されていることが分かった。電荷とスピンの動的なストライプ相関がZnによってピン止めされたものと思われる。
2.Bi系高温超伝導体Bi_2Sr_<2-x>La_xCu_<1-x>Zn_yO_<6+8>の大型単結晶を広いホール濃度範囲で育成した。p=1/8での異常があるかどうか、ホール濃度をp=1/8付近でさらに細かく振った単結晶を育成して検討中である。
3.La系高温超伝導体La_<2-x>Ba_xCuO_4(LBCO)のx=1/8付近(正確にはx=0.11)の大型単結晶の育成に成功した。輸送特性を測定した結果、60k以下の低温で、La_<1.6-x>Nd_<0.4>Sr_xCuO_4のx=1/8の単結晶で見られているような異常な振舞いを観測し、LBCOのx=1/8においても、電荷とスピンの静的なストライプ秩序が形成されていることを傍証した。ストライプ秩序を確証するために、現在、中性子散乱実験を計画中である。
4.La_<2-x>Sr_xCu_<1-x>Zn_yO_4単結晶のx=0.21における超伝導の異常な抑制について、μSRと中性子弾性散乱の実験を行い、低温において、x=0.21で周りの組成の試料に比べて特異的に磁気相関が発達していることが分かった。x=0.21でも、x=1/8と同様に、電荷とスピンの動的なストライプ相関が静的に安定化する傾向にあり、1%置換されたZnによってピン止めされて、静的なストライプ秩序が形成されたものと結論した。
5.梯子型銅酸化物Sr_<14-x>A_xCu_<24-y>M_yO_<41>(A=Ca,La;M=Zn,Ni)の熱伝導をゼロ磁場中と最大14Tの磁場中で測定し、この系ではスピンがフォノン以上に熱を運ぶことが分かった。
6.4本足を有する梯子型銅酸化物La_2Cu_2O_5の大型単結晶の育成に、世界で初めて成功した。現在、熱伝導を測定中である。

研究成果

• [文献書誌] I.Watanabe: "Muon-spin-relaxation study on the Cu-spin state of Bi_2Sr_2 Ca_<1-x>Y_x (Cu_<1-y>Zn_y)_2O_<8+8> around the hole concentration of 1/8 per Cu"Physical Review B. 62・21. 14524-14530 (2000)
• [文献書誌] M.Akoshima: "Anomalous muon-spin relaxation in the 2n-substituted YBa_2Cu_<3-2y>Zn_<2y>O_<2-8>around the hole concentration of 1/8 per Cu"Physical Review B. 62・10. 6761-6765 (2000)
• [文献書誌] T.Kawamata: "Giant suppression of superconductivity at X=0.21 in the Zn-substituted La_<2-x>Sr_xCu_<1-y>Zn_yO_4single crystals"Physical Review B. 62・18. R11981-R11984 (2000)
• [文献書誌] I.Watanabe: "Possibility of an ordered state of spins and holes in single-crystal La_<2-x>Sr_xCu_<1-y>Zn_yO_4(x=0.21, y=0 and 0.01) studied by μSR"Physical Review B. 62・18. R11985-R11988 (2000)
• [文献書誌] K.Kudo: "Spin gap and hole pairing in the spin-ladder Cuprate Sr_<14-x>A_xCu_<24>O_<41>(A=Ca and La) studied by the thermal conductivity"Journal of the Physical Society of Japan. 70・2(印刷中). (2001)
• [文献書誌] K.Kudo: "Sping gap of Sn_<4-x>A_xCu_<24-y>M_yO_<41>(A=Ca, La;M=Zn, Ni) studied by thermal conductivity"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 62・1-2. 361-364 (2001)
• [文献書誌] Y.Koike: "Impurity Effects on the Stripes in the La-214, Bi-2212 and Y-123 Phases"AIP Conference Proceedings. (印刷中).
• [文献書誌] Y.Koike: "Possible charge and/or spin ordering in the Bi-2212, Y-123 and La-214 phases"International Journal of Modern Physics B. (印刷中).
• [文献書誌] I.Watanabe: "μSR study on the Cu-spin state in La_<2-x>Sr_xCu_<1-y>Zn_yO_4"International Journal of Modern Physics B. (印刷中).
• [文献書誌] Y.Koike: "Cu-site-substitution effects on the 1/8 anomaly in the high-Tc cuprates and on the anomaly at x=0.21 in La_<2-x>Sr_xCuO_4"Physica C. (印刷中).
• [文献書誌] H.Kimura: "Neutron-Scattering Study of Incommensurate Elastic Magnetic Peaks in La_<2-x>Sr_xCu_<1-y>Zn_yO_4(x〜0.21, y〜0.01)"Journal of the Physical Society of Japan. (印刷中).
• [文献書誌] Y.Koike: "Possible stripe ordering at x=0.21 in La_<2-x>Sr_xCu_<1-y>Zn_yO_4"Physica C. (印刷中).