銅酸化物高温超伝導体の異常金属相に関する変分的研究

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銅酸化物高温超伝導体の相図中で、超伝導相の高温側に位置する異常金属相に於いて発見された擬スピンギャップの出現機構を探ることを目標として、その基礎固めの為に今年度は、(1)基底状態の相図と超伝導相のペアリング対称性をRVB型超伝導関数などを用いて詳しく調べた。(2)更に、スピンギャップの性質を系統的に理解するために、ギャップレスからスピンギャップ状態への転移が存在する一次元系J-J'モデルの励起スペクトルを厳密対角化法とリカ-ジョン法などを併用して詳細に調べた。以下主要な結果を項目毎に述べる。(1)二次元t-Jモデルとそれに補正項が加わった場合を考えた。基底状態の相図は、高温超伝導に対応するパラメーター領域でd波の超伝導状態が広く存在し、Jの大きな領域には相分離、低濃度領域にはs波の領域が存在する。またJが小さく電子密度もそれ程大きくない領域ではほぼ金属的である。超伝導の対称性については、s波とd波の混合(実及び複素)を考慮したが、高電子密度でこれらの状態が安定化することは無く、常に安定なの対称性はd波であった。以上の結果は、3サイト(補正)項を導入しても基本的には変化しない。(2)一次元J-J'モデルのスピン励起スペクトルは、ギャップの有無に対する転移点J'/J=0.2411の両側で、ギャップの有無以外の特徴も随分異なる。ギャップレスの領域は基本的にハイゼンベルクモデルと類似して、正弦(或いは二次)曲線の間に主要な連続スペクトルが広がるが、ギャップのある領域では、波数qを固定したときの動的構造因子S (q, ω)がωの単調減少関数にはならず、またq=π/2近傍で孤立モードが出現する。これの特徴は無機スピンパイエルス物質であるCuGeO3の中性子非弾性散乱スペクトルと符合し、この物質ではJ'によるフラストレーションがかなり大きなことが解った。