銅酸化物高温超伝導体における磁気的量子臨界揺らぎと超伝導発現機構に関する研究

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本研究の目的は、銅酸化物高温超伝導体において、輸送特性、熱物性、ミュオンスピン緩和(μSR)などの実験から超伝導の発現機構と量子臨界揺らぎの関係を調べることである。当初は、スピン量子数S=1を持つNi^<2+>をCuサイトに置換することによって超伝導を抑制し、量子臨界点の有無を調べる予定であったが、最近、より大きなS=5/2を持つFe^<3+>と3価で非磁性のAl^<3+>を置換すると、磁気相関が著しく発達することがわかった。したがって、当初の方針を修正し、Fe^<3+>とAl^<3+>を置換した銅酸化物高温超伝導体で、量子臨界揺らぎについて調べることにした。本年度に実施した研究とその成果は以下の通りである。1. 試料作製・評価前年度に引き続き、Feを置換したLa系高温超伝導体La_<2-x>Sr_xCU_<1-y>Fe_yO_4とAlを置換したLa_<2-x>Sr_xCU_<1-y>Al_yO_4を固相反応法により作製した。物性の組成依存性を調べるために、xとyを変えて多くの試料を作製した。作製した試料の品質は、粉末X線回折、電気抵抗率、ヨウ素滴定法により評価し、全ての試料が物性測定に用いるのに十分に高品質であることがわかった。2. 物性測定前年度に引き続き、作製した試料を用いて直流磁化率とμSRの実験を行った。3. 解析・検討これまでの測定した結果を解析し、包括的な考察を行った。その結果、FeとAl置換によってホールとスピンのストライプ秩序が発達することがわかった。また、置換する元素の種類に関わらず、誘起されたストライプ秩序が観測されるホール濃度領域は、オーバードープ領域にわたり、Feを含まないLa_<2-x>Sr_xCuO_4において超伝導が発現するホール濃度領域と一致することがわかった。このことから、ストライプ秩序の量子臨界点は超伝導の量子臨界点と一致し、ストライプ相関が超伝導の発現に重要な役割を果たしている可能性が高いと結論した。