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

2001 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 / MSR / NMR / ホール係数 / 1 / 8異常 / 熱伝導 / スピンギャップ

研究概要

1.Y系高温超電導体YBa_2Cu_<3-2y>Zn_<2y>O_<7-δ>のNMMR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、NMR信号のワイプアウト現象が顕著になることを発見した。p〜1/8で、電荷とスピンの動的なストライプ秩序がZnによってピン止めされる傾向が顕著になったものと理解できる。
2.酸素の相分離を抑制した過剰酸素La系La_<1.8>Nd_<0.2>CuO_<4+δ>を作製し、この系で初めて1/8異常(p〜1/8において超伝導が抑制される現象)を発見した。さらに、Cuサイトを1%Znで置換すると、1/8異常は顕著になることが分かった。したがって、1/8異常はCuO_2面を有する高温超伝導体に共通の現象であると結論できた。
3.La系高温超伝導体La_<2-x>CuO_4のx=1/8付近(正確にはx=0.11)の大型単結晶について、低温でホール係数の符号が反転して負になることを実験的に明らかにした。この結果は、電荷とスピンの静的なストライプ秩序が形成された低温の状態をモデル化した理論計算の結果とも一致した。
4.La系高温超伝導体La_<2-x>Sr_xCu_<1-y>Zn_yO_4のx=0.115と0.13において、Zn量を細かく変化させた試料を作製し、μSR実験を行い、0.075%位の少量のZn置換によって静的な磁気秩序力溌達し、Zn量が10%になると磁気相関が壊れることが分かった。この結果から、少量のZnは電荷とスピンの動的なストライプ秩序をピン止めし、静的なストライプ秩序の形成に有効であるが、多量のZnはストライプ相関を破壊するものと理解できた。
5.2次元反強磁性系Cu_3B_2O_6、および、2次元スピンギャッブ系SrCu_2(BO_3)_2において、低温で熱伝導度が著しく増大することを発見した。いずれも磁場の印加で抑制されるが、スピンの秩序状態が熱伝導を著しく増大させていることが分かった。

研究成果

• [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. 437-444 (2001)
• [文献書誌] K.Kudo: "Spin gap of Sr_<14-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. 554. 202-208 (2001)
• [文献書誌] Y.Koike: "Cu-site-substitution effects on the 1/8 anomaly in the higy-T_c cuprates and on the anomaly at x=0.21 in La_<2-x>Sr_xCuO_4"Physica C. 357-360. 82-88 (2001)
• [文献書誌] H.Kimura: "Neutron-Scattering study of Incommensureta 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. 70-Suppl.A. 52-54 (2001)
• [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. 364-365. 562-566 (2001)
• [文献書誌] K.Kudo: "Antiferromagnetic ordering in the single-crystal Cu_3B_2O_6"Journal of the Physical Society of Japan. 70・4. 935-938 (2001)
• [文献書誌] K.Kudo: "Thermal conductivity of the two-dimensional spin-gap system SrCu_2(BO_3)_2 in magnetic fields"Journal of the Physical Society of Japan. 70・6. 1448-1451 (2001)
• [文献書誌] T.Adachi: "Crystal growth. transport properties, and crystal structure of the single-crystal La_<2-x>Ba_xCuO_4(x=0.11)"Physical Review B. 64. 144524-1-144524-7 (2001)
• [文献書誌] I.Watanabe: "MSR study on the Cu-spin dynamics in La_<2-x>Sr_xCu_<1-y>Zn_yO_4"Journal of Physics and Chemistry of Solids. (印刷中).
• [文献書誌] 阿子島めぐみ: "Bi系・Y系高速超伝導体における1/8異常とストライプ"固体物理. 37・3(印刷中). (2002)