放射光・中性子・中間子を利用した強相関電子系の構造とダイナミックスの研究

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(1)銅酸化物高温超伝導体YB_<a2>Cu_3O_<6+δ>(YBCO)の静的および動的な磁気相関を研究し、これまでに得られた動的相関がいわゆるストライプモデルで記述するのに妥当であるか否かを明らかにする。LSCO系高温超伝導体を始めとしてYBCO系超伝導体でも観測されている(静的)動的な非整合ピークについて、スピンと電荷が一次元的なドメイン構造を作るいわゆる「ストライプモデル」の揺らぎを起源とする立場とCuO_2面のFermi面のネスティング効果によって生じるとする立場があった。我々は平成13、14年度に得られた結果からその非整合の大きさを議論してきたが、本年度は高エネルギー領域における動的構造を調べることによって、その端緒となる結果を得ることができた。まず、これまでにYBCO系の高エネルギー領域(ここでは共鳴エネルギーE=42meVよりも高い領域と定義する)の詳細な動的構造は報告されていなかったが、本研究ではパルス中性子を利用した測定を行い反強磁性のゾーンセンターQ(π,π)を中心とした広いQ-E領域についての知見を得た。その結果、共鳴ピークから高エネルギーに向かって広がる分散を示すこと、Q空間における強度分布が円形となること、54meVで再び共鳴ピークを有することなどが明らかとなった。ここで得られた結果はこれまでの成果と併せて、ストライプモデルで記述することは難しい。さらに、最近のNormanらによって報告されたFermi面ネスティングによって計算されたX(Q, E)は我々の結果をよく説明することができ、Fermi面ネスティングによるメカニズムが支持できる。(2)1)の超伝導物質について、フォノン(格子振動)の異常を詳細に測定し、超伝導発現におけるフォノンの役割を見直す。我々は引き続き、磁気的なクーパー対のペアリング機構の可能性と平行して、フォノンを媒介とした超伝導発現の可能性を探るべく、高温超伝導体YBa_2Cu_3O_<6+δ>のアンダードープ組成と最適ドープ組成における電子状態あるいは電子-格子相互作用によって引き起こされるQ=(π,O)近傍の異常の測定をおこなった。まず、YBCOでは、中性子散乱を用いてフォノン分散関係を測定し、Q=(π,O)近傍でLOフォノンとTOフォノンのエネルギーの逆転が起こっていること、またその近傍ではフォノンバンドが平らであることを明らかにしたことをこれまでに報告したが、本年は加えて絶縁体相についての知見を得、Q=(π,O)でのフォノン状態密度の組成変化を明らかにした。詳細は現在解析中であるがこれによってフォノンの役割をより定量的に議論できる。