二次元コバルト酸化物の超伝導相近傍にある金属-絶縁体転移

2006 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 17540323
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 小林 義明 名古屋大学, 大学院理学研究科, 助教授 (60262846)
• 研究分担者: 佐藤 正俊 名古屋大学, 大学院理学研究科, 教授 (40092225) ; 安井 幸夫 名古屋大学, 大学院理学研究科, 助手 (80345850)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• キーワード: Na_xCoO_2・yH_O / NMRナイトシフト / 核電気四重極共鳴(NQR) / 超伝導電子対 / 核磁気緩和率 / Na_<0.5>CoO_2 / 中性子散乱 / 電荷秩序

研究概要

1.(1)水和コバルト酸化物Na_xCoO_2・yH_2Oの超伝導状態におけるスピン磁化率の異方性に関して確固たるデータを提供した。(2)Na_xCoO_2・yH_2Oにおいて温度Tとコバルト核電気四重極共鳴周波数v_Qによる相図を完成させ、相図中の超伝導相に隣接する非超伝導相の性質を明らかにした。2.超伝導体の母物質Na_xCoO_2(x=0.3〜0.7)においてその磁気特性を明らかにした。これらはコバルト酸化物の超伝導電子対形成の議論に関わる極めて重要なデータとなっている。
1.Na_xCoO_2・yH_2Oの単結晶試料を用いて、超伝導状態におけるCo核NMRナイトシフトの測定を行った。CoO_2面に対して磁場を平行、垂直の両方向において曖昧さのないデータを得て、超伝導電子対がスピンシングレット状態にあることを明らかにした。また超伝導体の超伝導転移温度T_cはCo核電気四重極共鳴周波数v_Qに対して系統的な依存性を示し、T-v_Q相図上で超伝導相はv_Q=4.02から4.32MHzの広い範囲にあり、これを二つに分けるように4.20MHz近傍で非超伝導相が存在することがわかった。この非超伝導相が電荷秩序相であることを実験的に明らかにし、この電荷秩序相近傍のv_Q領域でT_cは高くなることから、超伝導が磁気秩序相近くで発生している可能性を否定した。
2.Na_xCoO_2でx=0.5は87K(T_<cl>)と53K(T_<c2>)で相転移を示す。Co-NMR、中性子散乱実験からT_<cl>より低温の反強磁性相の特異な磁気構造を決定した。金属-絶縁体転移であるT_<cl>でCo核磁気緩和率1/T_1がピークを形成することから、T_<cl>で磁気秩序状態に変化があると考えられる。そこで磁気モーメントに大きな変化が見えないことを結論付けた。また、様々なxをもつNa_xCoO_2に対するCo核1/T_<cl>や磁化率の温度変化からx<0.6領域の磁性は炉0.5と同様であることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Observation of the in-plane ordering D_2O molecules in Na_xCoO_2-yD_2O by neutron diffraction (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Moyoshi, Y.Yasui, M.Soda, Y.Kobayashi, M.Sato, K.Kakurai
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vol. 310 Issue 2, Part 1 ページ: 654-656
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] NMR and neutron scattering studies on Na_xCoO_2-yH_2O (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Sato, Y.Kobayashi, T.Moyoshi, M.Yokoi, H.Watanabe, Y.Mori, K.Kakurai
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vol.310 Issue 2, Part 1 ページ: 666-668
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Studies of successive transition in K_<0.5>CoO_2 (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Yokoi, Y.Mori, T.Moyoshi, Y.Kobayashi, M.Sato
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vol.310 Issue 2, Part 1 ページ: 672-674
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] NMR Studies of successive transition in Na_<O.5>CoO_2 (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Kobayashi, M.Yokoi, T.Moyoshi, H.Watanabe, M.Sato
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vol.310 Issue 2, Part 1 ページ: 675-677
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Observation of the in-plane ordering D2O molecules in Na_xCoO_2・yD_2O by neutron diffraction. (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Moyoshi, Y.Yasui, M.Soda, Y.Kobayashi, M.Sato, K.Kakurai
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vol.310, issue 2, Part 1 ページ: 654-656
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] NMR and neutron scattering studies on Na_xCoO_2・yH_2O (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Sato, Y.Kobayashi, T.Moyoshi, M.Yokoi, H.Watanabe, Y.Mori, K.Kakurai
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vol.310, issue 2, Part 1 ページ: 666-668
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Studies of successive transition in K_<0.5>CoO_2 (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Yokoi, Y.Mori, T.Moyoshi, Y.Kobayashi, M.Sato
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vol.310, issue 2, Part 1 ページ: 672-674
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] NMR Studies of successive transition in Na_<0.5>CoO_2 (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Kobayashi, M.Yokoi, T.Moyoshi, H.Watanabe, M.Sato
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vol.310, issue 2, Part 1 ページ: 675-677
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic and Metal-Insulator Transitions in β-Na_<0.5>CoO_2 and γ-Na_<0.5>CoO_2-NMR and Neutron Diffraction Studies- (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Watanabe, Y.Mori, M.Yokoi, T.Moyoshi, M.Soda, Y.Yasui, Y.Kobayashi, M.Sato, N.Igawa, K.Kakurai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.75 No.3 ページ: 034716(1-8)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Search for Magnetic Excitation Spectra of Na_xCoO_2-yD_2O -Neutron Scattering- (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Moyoshi, Y.Yasui, M.Soda, Y.Kobayashi, M.Sato, K.Kakurai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.75 No.7 ページ: 074705(1-6)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Properties of Superconducting Cobalt Oxides Na_xCoO_2-yH_2O (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Kobayashi, T.Moyoshi, H.Watanabe, M.Yokoi, M.Sato
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.75 No.7 ページ: 074717(1-6)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Existence of Co^<3+> Low-Spin State in TbBaCo_2O_<5.5> (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Soda, Y.Yasui, Y.Kobayashi, T.Fujita, M.Sato, K.Kakurai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.75 No.10 ページ: 104708(1-7)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Magnetic and Metal-Insulator Transitions in β-Na_<0.5>CoO_2 and γ-Na_<0.5>CoO_2 -NMR and Neutron Diffraction Studies- (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Watanabe, Y.Mori, M.Yokoi, T.Moyoshi, M.Soda, Y.Yasui, Y.Kobayashi, M.Sato, N.Igawa, K.Kakurai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.75, No.3 ページ: 034716(1-8)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Search for Magnetic Excitation Spectra of Na_xCoO_2・yD_2O -Neutron Scattering- (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Moyoshi, Y.Yasui, M.Soda, Y.Kobayashi, M.Sato, K.Kakurai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.75, No.7 ページ: 074705(1-6)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Properties of Superconducting Cobalt Oxides Na_xCoO_2・yH_2O (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Kobayashi, T.Moyoshi, H.Watanabe, M.Yokoi, M.Sato
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.75, No.7 ページ: 074717(1-6)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Existence of Co^<3+> Low-Spin State in TbBaCo_2O_<5.5> (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Soda, Y.Yasui, Y.Kobayashi, T.Fujita, M.Sato, K.Kakurai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.75, No.10 ページ: 104708(1-7)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] ^<59>Co-NMR Knight shift of aligned crystals and polycrystalline samples of Superconducting Na_xCoO_2-yH_2O (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Kobayashi, H.Watanabe, M.Yokoi, T.Moyoshi, M.Sato
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.74 No.6 ページ: 1800-1805
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] ^<59>Co-NMR Knight shift of Superconducting Three-Layer Na_xCoO_2-yH_2O (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Watanabe, Y.Kobayashi, M.Sato
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.74 No.9 ページ: 2563-2567
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Correlation of Na_xCoO_2 and Successive Phase Transitions of Na_<0.5>CoO_2-NMR and Neutron Diffraction Studies- (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Yokoi, T.Moyoshi, Y.Kobayashi, M.Soda, Y.Yasui, M.Sato, K.Kakurai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.74 No.11 ページ: 3046-3056
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] ^<59>Co-NMR Knight shift of aligned crystals and polycrystalline samples of Superconducting Na_xCo_O2・yH_2O (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Kobayashi, H.Watanabe, M.Yokoi, T.Moyoshi, M.Sato
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.74, No.6 ページ: 1800-1805
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] ^<59>Co-NMR Knight shift of Superconducting Three-Layer Na_xCoO_2・yH_2O (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Watanabe, Y.Kobayashi, M.Sato
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.74, No. 9 ページ: 2563-2567
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Magnetic Correlation of Na_xCoO_2 and Successive Phase Transitions of Na_<0.5>CoO_2 -NMR and Neutron Diffraction Studies- (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Yokoi, T.Moyoshi, Y.Kobayashi, M.Soda, Y.Yasui, M.Sato, K.Kakurai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.74, No.11 ページ: 3046-3056
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より