遷移金属酸化物における電荷・軌道ダイナミクスの実験的研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12046220
• 研究種目: 特定領域研究(A)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 内田 慎一 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (10114399)
• 研究分担者: 村上 洋一 高エネルギー加速器研究機構, 物性構造科学研究所, 助教授 (60190899) ; 松田 祐司 東京大学, 物性研究所, 助教授 (50199816) ; 藤森 淳 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (10209108)
• キーワード: 遷移金属酸化物 / スペクトロスコピー / ストライプ秩序 / 軌道秩序 / ジョセフソン・プラズマ / 角度分解光電子分光 / 共鳴X線散乱 / 超伝導ギャップ対称性

研究概要

本研究は、dcからマイクロ波、赤外〜X線に至る広汎なエネルギー領域をカバーするスペクトロスコピーを駆使して、遷移金属酸化物の電荷及び軌道自由度が作り出す多様な秩序相とそれらの相と相の間の共存・競合関係を明らかにしようというものである。本年度は、Cu酸化物におけるスピン電荷のストライプ秩序とMn酸化物を中心とする系の軌道・電荷秩序の形成、融解に焦点を絞り、そのメカニズムの解明と電場・磁場・圧力等の外部パラメーターによる制御を目指した。
(1)銅酸化物高温超伝導体中の電子(正孔)の電荷・スピン分離・融合状況を光電子分光、トンネル分光、マイクロ波-赤外分光を用いて調べた。特に、La_<2-x>Sr_xCuO_4における電荷ストライプとその揺らぎの電子状態に対する影響、超伝導状態に対する影響を明らかにした。
(2)Nd_<2-x>Ce_xCuO_4の化学ポテンシャルシフトと電子状態密度を、光電子分光により調べ、正孔ドープ系に見られた擬ギャップ、ミクロな相分離は電子ドープ系にはみられないことがわかった。
(3)エキゾチック超伝導体の超伝導秩序パラメーターの対称性をマイクロ波及びSTMにより決定した。Zn不純物による準粒子散乱像のSTM観測により、高温超伝導体のクーパー対対称性がd波であることを実空間で実証するとともに,マイクロ波によりボロカーバイド超伝導体が異方的s波であること、Sr_2RuO_4のギャップノード方向を決定した。
(4)放射光X線を用いて、共鳴X線散乱法による軌道秩序状態の定量的決定法、及び軌道秩序観測の為の新しい共鳴X線散乱法(干渉法)の開発に成功した。これらの手法を用いてMn酸化物の軌道秩序状態の詳細、そして圧力変化による金属-絶縁体転移、更には人工超格子における軌道秩序の観測に成功した。

研究成果

• [文献書誌] S.H.Pan: "Imaging the Effects of Individual Zn Impurity on Superconductivity in Bi_2Sr_2CaCu_2O_8"Nature. 403. 746-750 (2000)
• [文献書誌] Z.A.Xu: "Vortex-Like Excitations and the Onset of Superconducting Phase Fluctuation in Underdoped La_<2-x>Sr_xCuO_4"Nature. 406. 486-488 (2000)
• [文献書誌] N.Ichikawa: "Local Magnetic Order vs Superconductivity in a Layered Cuprate"Phys.Rev.Lett.. 85. 2204-2207 (2000)
• [文献書誌] S.H.Pan: "STM Studies of the Electronic Structure of Vortex Cores in Bi_2Sr_2CaCu_2O_8"Phys.Rev.Lett.. 85. 1536-1539 (2000)
• [文献書誌] T.Ogasawara: "Ultrafast Optical Nonlinearity in the Quasi- One- Dimensional Mott Insulator Sr_2Cu0_8"Phys.Rev.Lett.. 85. 2204-2207 (2000)
• [文献書誌] S.Tajima: "c-Axis Optical Response in the Static Stripe Ordered Phase of the Cuprates"Phys.Rev.Lett.. 86. 500-503 (2001)
• [文献書誌] T.Mizokawa: "Spin and Charge Ordering in Self-Doped Mott insulator"Phys.Rev.B. 61. 11263-11269 (2000)
• [文献書誌] M.Satake: "Charge Ordering and Chemical Potential Shift in La2-xSrxNiO_4 Studied by Photoemission Spectroscopy"Phys.Rev.B. 61. 15515-15519 (2000)
• [文献書誌] A.Ino: "Electronic Structure of La_<2-x>Sr_xCuO_4 in the Vicinity of Superconductor-Insulator Transition"Phys.Rev.B. 62. 4137-4141 (2000)
• [文献書誌] T.Mizokawa: "Angle-Resolved Photoemission Study of Insulating and Metallic Cu-O Chains in PrBa_2Cu_8O_7 and PrBa_2Cu_4O_8"Phys.Rev.Lett.. 85. 4779-4782 (2000)
• [文献書誌] A.Fujimori: "Fermi Surface, Pseudogap and Superconducting Gap in La_<2-x>Sr_xCuO_4 from Photoemission Spectroscopy"Physica C. 341-348. 341-344 (2000)
• [文献書誌] S.Uchida: "Pseudogap vs Stripe Fluctuations in High T_c Cuprates"Physica C. 341-348. 823-826 (2000)
• [文献書誌] K.Hirota: "Direct Observation of Antiferro- Quadrupolar Ordering-Resonant X-Ray Scattering Study of DyB_2C_2"Phys.Rev.Lett.. 84. 2706-2709 (2000)
• [文献書誌] K.Ohwada: "Pressure- Induced Phase Transition in NaV_2O_5"J.Phys.Soc.Jpn.. 69. 639-642 (2000)
• [文献書誌] H.Nakao: "X-Ray Anomalous Scattering Study of a Charge-Ordered State in NaV_2O_5"Phys.Rev.Lett. 85. 4349-4352 (2000)
• [文献書誌] Y.Moritomo: "Pressure Induced Insulator-Metal Transition in a Bilayer Manganite"Phys.Rev.B. 62. 17-20 (2000)
• [文献書誌] M.Noguchi: "Synchrotron X-Ray Diffraction Study of Orbital Ordering in YVO_3"Phys.Rev.B. 62. 9271-9274 (2000)
• [文献書誌] Y.Wakabayashi: "Charge and Orbital Ordering in LaSr_2Mn_2O_7 Observed by Resonant X-Ray Scattering"J.Phys.Soc.Jpn.. 69. 2731-2734 (2000)
• [文献書誌] M.B.Gaifullin: "Abrupt Charge of Josephson Plasma Frequency at the Phase Boundary of the Bragg Glass in Bi_2Sr_2CaCu_2O_8"Phys.Rev.Lett.. 84. 2945-2948 (2000)
• [文献書誌] K.Izawa: "Microwave Surface Impedance in Overdoped Tl_2Ba_2CuO_6"Physica B. 284-288. 945-946 (2000)
• [文献書誌] K.Izawa: "Low Energy Quasiparticle Excitation in the Vortex State of Borocarbide Superconductor YNi_2B_2C"Phys.Rev.Lett.. 86. 1327-1330 (2001)
• [文献書誌] K.Kumagai: "Charged Vortices in High Temperature Superconductors Probed by NMR"Phys.Rev.B. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] K.Izawa: "Superconducting Gap Structure of Spin-Triplet Superconductor Sr_2RuO_4"Phys.Rev.Lett.. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] A.Kimura: "Soft X-Ray Magnetic Circular Dichroism Study of the Ferromagnetic Spinel Cr Chalcogenides"Phys.Rev.B. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] 村上洋一: "新しい放射光科学,第5章共鳴X線散乱で見る軌道秩序"講談社. 22 (2000)
• [文献書誌] 村上洋一: "実験物理学講座第6巻 第5章 X線磁気散乱法"丸善. 14 (2000)
• [文献書誌] N.Tsuda: "Electronic Conduction in Oxides"Springer-Verlag. 360 (2000)
• [文献書誌] R.P.Huebner: "Vortices in Unconventional Superconductors"Springer-Verlag. 234 (2001)