高温超伝導体の磁気励起とストライプ

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高温超伝導発現のメカニズムを解明するうえで鍵となり、早期の解決が望まれる課題を本研究でとりあげた。高温超伝導体において、"stripe"と呼ばれる電荷秩序のゆらぎの影響が、どの系にも共通に見られるかどうか、さらにはそれが高温超伝導の発現に正の役割を持つことがあるかどうかについて、中性子散乱実験を手段に磁気励起を観測して調べた。YBa_2Cu_3O_y(YBCO)系のx"(q,ω)は、エネルギー(ω)の増加とともにincommensurate (IC) peak構造をもつものからcommensurate peak(resonancepeak)、さらにはもう一度IC peakをもつものへと変化するが、これを、バンド理論を拡張したモデルを用いて解析した。上記のような準粒子broadeningをとりいれて計算を行い、YBCO系では観測されたデータが"stripe"のゆらぎの効果なしに再現されることを示した。実際に低温で"stripe"秩序が現れるLa_<1.48>Nd_<0.4>Sr_<0.12>CuO_4についても研究を進めてみると、この系では、静的な"stripe"秩序が現れる温度より高い温度から鋭いIC peakが観測される。これを理解するには不自然に小さなbroadeningを用いなければならない(小さなbroadeningを用いても実験を再現できない場合もある)。静的な"stripe"秩序をもたないLa_<2-x>Sr_xCuO_4系でも程度の差こそあれ同様の結果が得られる。特にx=1/8の付近でこれが顕著になり、動的な"stripe" correlationが磁気励起スペクトルにはっきりした影響を与えていることを示すものとして、YBCO系と好対照をなすことがわかった。ほかの物性量に対する"stripe"の効果の有無を調べるために、La_<1.48>Nd_<0.4>Sr_<0.12>CuO_4の、主にCuO_2面内の原子が面内で振動するフォノンモードをも測定した。低温で静的な"stripe"秩序を有するLa_<1.48>Nd_<0.4>Sr_<0.12>CuO_4においてさえ、その秩序のフォノンへの影響が判然としないことがわかった。"stripe"がフォノンに与える影響はそれほど大きくないようである。たとえ、CuO_2面を共通に有する銅酸化物といえども、電荷秩序("stripe"秩序)のゆらぎをhigh-Tcの起源として考える必要はないようである。