磁性体・超伝導体等の高エネルギースピン励起とその局所構造の研究

本研究は、我が国の文科省高エネルギー加速器研究機構、(KEK)と英国中央研究所審議会(CCLRC)間で締結されている日英科学技術協力事業を進めるものである。同事業は、日本と英国が協力してCCLRC所属のラザフォードアップルトン研究所にある大強度パルス中性子源ISIS施設に単結晶試料専用高性能チョッパー型中性子分光器MAPSを建設し、中性子散乱による先端的物質科学研究を行うものである。日本側は主として、中性子検出器の開発及び設置を分担した。MAPS分光器は平成9年に着工、平成12年度に建設を完了し、平成13年6月より本格実験に入った。本研究本年度で特に進めた研究は、酸化物高温超伝導体(HTCSC)のフォノンについての研究とスピン励起の研究である。HTCSCの超伝導機構についてはスピンを媒介としたものと、従来のBCS理論による考え方がある。BCS理論立場からは銅酸素2次元超伝導面でのハーフ・ブリージングモードの挙動を研究することがもっとも重要とされてきた。特に電子-格子相互作用が直接観測できるフォノンのエネルギー幅の研究が重要である。研究の結果、電荷濃度を変化させ、超伝導温度を変えたいくつかの試料において、系統的な観測が世界で初めてなされた。非常に重要な知見が得られたといってよい。一方、スピン励起の詳細な研究により、波数-エネルギー空間に広がる特徴的な構造が明らかとなった。この特徴は、フェルミ面の形状を表していることが理論的にも予想されており、実験と理論が非常に整合性よく理解できることとなった。これらの研究により、同物質の超伝導機構の理解が非常に進んだといってよい。

本研究は、我が国の文科省高エネルギー加速器研究機構、(KEK)と英国中央研究所審議会(CCLRC)間で締結されている日英科学技術協力事業を進めるものである。同事業は、日本と英国が協力してCCLRC所属のラザフォードアップルトン研究所にある大強度パルス中性子源ISIS施設に単結晶試料専用高性能チョッパー型中性子分光器MAPSを建設し、中性子散乱による先端的物質科学研究を行うものである。日本側は主として、中性子検出器の開発及び設置を分担した。MAPS分光器は平成9年に着工、平成12年度に建設を完了し、平成13年6月より本格実験に入った。本研究本年度で特に進めた研究は、酸化物高温超伝導体(HTCSC)のフォノンについての研究とスピン励起の研究である。HTCSCの超伝導機構についてはスピンを媒介としたものと、従来のBCS理論による考え方がある。BCS理論立場からは銅酸素2次元超伝導面でのハーフ・ブリージングモードの挙動を研究することがもっとも重要とされてきた。特に電子-格子相互作用が直接観測できるフォノンのエネルギー幅の研究が重要である。研究の結果、電荷濃度を変化させ、超伝導温度を変えたいくつかの試料において、系統的な観測が世界で初めてなされた。非常に重要な知見が得られたといってよい。一方、スピン励起の詳細な研究により、波数-エネルギー空間に広がる特徴的な構造が明らかとなった。この特徴は、フェルミ面の形状を表していることが理論的にも予想されており、実験と理論が非常に整合性よく理解できることとなった。これらの研究により、同物質の超伝導機構の理解が非常に進んだといってよい。