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Radioisotopes 65(11): 469-479 (2016)

連載講座Serial Lecture

VI-3-2 銅酸化物高温超伝導体のスピンダイナミクス—エネルギー階層的磁気励起構造の理解を目指して—VI-3-2 Spin Dynamics in High-Transition-Temperature Cuprate Superconductor—With the Aim of Understanding of Energy Hierarchical Structure in the Magnetic Excitation—

1国立大学法人東北大学金属材料研究所Institute for Materials Research, Tohoku University ◇ 980–8577 宮城県仙台市青葉区片平2–1–1 ◇ 2–1–1 Katahira, Aoba-ku, Sendai-shi, Miyagi Pref. 980–8577, Japan

2国立大学法人東北大学大学院理学研究科Department of Physics, Tohoku University ◇ 980–8578 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉6–3 ◇ 6–3 Aza-Aoba, Aramaki, Aoba-ku, Sendai-shi, Miyagi Pref. 980–8578, Japan

発行日:2016年11月15日Published: November 15, 2016

銅酸化物高温超伝導は,層状構造モット絶縁体に対してキャリアをドープすることで発現する。この系では,スピン量子数1/2のCuスピン間に,1500 Kにも及ぶ強い超交換相互作用が存在しているため,超伝導相のスピンダイナミクスは,中性子散乱にとって最も難しく挑戦的な研究対象のひとつとなっている。しかし,大強度中性子源の稼働と近年の測定技術の進展によって,広いエネルギー運動量空間で励起状態が観測できるようになってきた。その結果,超伝導となる物質では特異なエネルギー階層構造が存在することがわかりつつある。この階層的磁気構造の特徴を概観し,J-PARC/MLFで行った精密測定の結果を元に階層性の起源について議論する。

High-transition-temperature superconductivity in cuprate oxide emerges by carrier-doping into Mott insulator, which has the spins with the quantum spin number of 1/2 and the strong superexchange interaction with the coupling constant of ~1500 K. Therefore, the study of spin dynamics in the cuprate superconductor by the neutron scattering technique is one of the most difficult and challenging research issues. However, an operation of new intense neutron sources and a recent development of instrumental techniques enable us to study the excitation spectrum in a wide energy-momentum space. As the results, we revealed the existence of hierarchical structure in the magnetic excitation of superconducting compounds. In this paper, we overview the features of the hierarchical magnetic excitation in cuprate superconductor and discuss the possible origin of the hierarchy on the basis of the results of the precise measurements carried out at the J-PARC/MLF.

Key words: neutron scattering; high-Tc cuparte superconductor; magnetic excitation; hierarchical structure; localized spin; itinerant electron spin

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