ドメイン制御した高温超伝導体のCuO_2面における1次元磁気異方性の中性子散乱研究

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15340109
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 廣田 和馬 東京大学, 物性研究所, 助教授 (90272012)
• 研究分担者: 阿曽 尚文 東京大学, 物性研究所, 助手 (40313118) ; 木村 宏之 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (50312658) ; 松浦 直人 東京大学, 物性研究所, 助手 (30376652)
• キーワード: 高温超伝導 / La_<2-x>Sr_xCuO_4 / Bi_2Sr_<2-x>La_xCuO_6 / Bi_2Sr_2CaCu_2O_8 / 中性子散乱 / スピンダイナミクス / 不純物効果 / スピンダイナミクス

研究概要

本研究は、ドメイン制御したLa_<2-x>Sr_xCuO_4(LSCO)とBi_2Sr_<2-x>La_xCuO_6(Bi2201)単結晶試料のスピンダイナミクスの研究を行い、反強磁性スピンダイナミクスに対する1次元的スピン変調の効果と、LSCOとBi2201に共通する性質が何かを明らかにすることを目的としている。今年度よりさらにBi_2Sr_2CaCu_2O_8(Bi2212)に関する研究にも着手した。
ドメイン制御した単結晶は大型化が不可能なため、複数の結晶を整列させて実効体積を増加させる必要がある。昨年度開発した中性子シンチレーターと高感度冷却CCDを組み合わせた中性子カメラを用いて、6枚のBi2212単結晶を2枚のアルミニウム板に高い精度で配列させ、3.46g(0.53cc)の体積を得ることに成功した。これは過去の代表的な研究例で用いられた体積のおよそ8倍に相当する。これら整列させた単結晶を用いて、日米科学技術協力「中性子散乱」を通じ、米国オークリッジ国立研究所のHFIR研究炉において、磁気励起およびレゾナンスピークの探索を開始した。
La_<2-x>Sr_xCuO_4にZnおよびNi不純物を少量ドープした系の系統的な非弾性散乱研究の結果がまとまった。Zn不純物の場合、スピンダイナミクス全体は変化せず、スピンギャップ内に新しい状態が現れるのに対し、Ni不純物ではスピンダイナミクスがT_cの低下にともなって低エネルギー方向にrenormalizeされることが分かった。ZnやNi不純物では3dと酸素2p軌道の混成状態がCuと異なるため、磁性だけではなく電子構造にも影響を与えることが懸念される。そこで、今年度より、3d軌道をもたない非磁性不純物Mgをドープした系の結晶育成を開始した。

研究成果

• [雑誌論文] Stoner gap in the superconducting ferromagnet UGe_2 (2006)
  • 著者名/発表者名: Aso, N, Motoyama, G, Uwatoko, Y, Ban, S, Nakamura, S, Nishioka, T, Homma, Y, Shiokawa, Y, Hirota, K, Sato, NK
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 73(5) ページ: 54512
• [雑誌論文] Electronic excitations in hole-doped La_<1-x>Sr_xMnO_3 studied by resonant inelastic X-ray scattering (2005)
  • 著者名/発表者名: Ishii, K, Inami, T, Ohwada, K, Kuzushita, K, Mizuki, J, Murakami, Y, Ishihara, S, Endoh, Y, Maekawa, S, Hirota, K, Moritomo, Y
  • 雑誌名: JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS 66(12) ページ: 2157-2162
• [雑誌論文] Hole concentration dependence of Mn e(g) orbital state in bilayer manganites studied by magnetic Compton profile measurement (2005)
  • 著者名/発表者名: Koizumi, A, Nagao, T, Kakutani, Y, Hiraoka, N, Sakai, N, Arima, T, Hirota, K, Murakami, Y
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 66(12) ページ: 2183-2191
• [雑誌論文] Zn and Ni doping effects on the low-energy spin excitations in La_<1.85>Sr_<0.15>CuO_4 (2005)
  • 著者名/発表者名: Kofu, M, Kimura, H, Hirota, K
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 72(6) ページ: 64502
• [雑誌論文] O-17 NMR study of the inhomogeneous electronic state in La_<2-x>Sr_xCuO_4 crystals (2005)
  • 著者名/発表者名: Singer, PM, Imai, T, Chou, FC, Hirota, K, Takaba, M, Kakeshita, T, Eisaki, H, Uchida, S
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 72(1) ページ: 14537
• [雑誌論文] Neutron diffraction study on the antiferromagnetic insulating ground state of β-Na_<0.33>V_2O_5 (2005)
  • 著者名/発表者名: Nagai, S, Nishi, M, Kakurai, K, Oohara, Y, Kimura, H, Yoshizawa, H, Noda, Y, Grenier, B, Yamauchi, T, Yamaura, J, Isobe, M, Ueda, Y, Hirota, K
  • 雑誌名: JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 74(4) ページ: 1297-1308