偏極中性子散乱を用いた銅酸化物高温超伝導体のスピンギャップの研究

本研究の目的は、銅酸化物高温超伝導体であるLa_<2-x>Sr_xCuO_4の磁気励起の偏極性を、偏極中性子散乱実験の手法を用いて調べることにより、超伝導体に特有の「砂時計型」と呼ばれる磁気励起の起源を探ることである。平成17年度の研究で、低濃度領域の超伝導試料であり、また弱いストライプ秩序しか示さないx=0.08について偏極中性子散乱実験を行い、6meV付近の低エネルギー磁気揺らぎは完全に等方的であることを示した。平成18年度は非常に強固なストライプ秩序を持つLa_<1.875>Ba_<0.125>CuO_4の単結晶試料を用いて、偏極中性子散乱実験を行った。実験は日本原子力研究開発機構の実験用原子炉JRR-3Mに設置された3軸型中性子分光器TAS-1に、鉛直・水平の両方向に集光したホイスラーモノクロメータとアナライザーを使用して行った。La_<1.875>Ba_<0.125>CuO_4の試料では10Kでストライプ構造に起因する格子非整合弾性散乱ピークが観測され、偏極解析により秩序化したCu^<2+>スピンはCuO_2面内に寝ていることを確認した。偏極中性子非弾性散乱実験では4meVのエネルギーでスピンが面内にのみ揺らいでいることを観測した。この異方性はストライプ秩序温度を大きく上回る200K付近でも確認された。以上の結果から、「砂時計型」磁気励起の低エネルギー部分はストライプの影響を強く受けていることを明らかにした。以上の結果は3月の日本物理学会春季大会(鹿児島)で発表された。

本研究の目的は、銅酸化物高温超伝導体であるLa_<2-x>Sr_xCuO_4の磁気励起の偏極性を、偏極中性子散乱実験の手法を用いて調べることにより、超伝導体に特有の「砂時計型」と呼ばれる磁気励起の起源を探ることである。平成17年度の研究で、低濃度領域の超伝導試料であり、また弱いストライプ秩序しか示さないx=0.08について偏極中性子散乱実験を行い、6meV付近の低エネルギー磁気揺らぎは完全に等方的であることを示した。平成18年度は非常に強固なストライプ秩序を持つLa_<1.875>Ba_<0.125>CuO_4の単結晶試料を用いて、偏極中性子散乱実験を行った。実験は日本原子力研究開発機構の実験用原子炉JRR-3Mに設置された3軸型中性子分光器TAS-1に、鉛直・水平の両方向に集光したホイスラーモノクロメータとアナライザーを使用して行った。La_<1.875>Ba_<0.125>CuO_4の試料では10Kでストライプ構造に起因する格子非整合弾性散乱ピークが観測され、偏極解析により秩序化したCu^<2+>スピンはCuO_2面内に寝ていることを確認した。偏極中性子非弾性散乱実験では4meVのエネルギーでスピンが面内にのみ揺らいでいることを観測した。この異方性はストライプ秩序温度を大きく上回る200K付近でも確認された。以上の結果から、「砂時計型」磁気励起の低エネルギー部分はストライプの影響を強く受けていることを明らかにした。以上の結果は3月の日本物理学会春季大会(鹿児島)で発表された。