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Periodic hole structure in a spin-chain ladder material Sr$$_{14}$$Cu$$_{24}$$O$$_{41}$$

スピンチェーン/ラダー系物質Sr$$_{14}$$Cu$$_{24}$$O$$_{41}$$におけるホールの周期構造

福田 竜生; 水木 純一郎; 松田 雅昌

Fukuda, Tatsuo; Mizuki, Junichiro; Matsuda, Masaaki

Cuスピンのつくるchain及びladder構造を共に持つSr$$_{14}$$Cu$$_{24}$$O$$_{41}$$は、そのchain構造の中にはホールがドープされ、Zhang-Rice singletとなって周期構造をつくっていることが知られている。その周期構造には主に2種類の構造モデルが考えられるが、シンクロトロンX線回折による結晶歪みの測定ではchain構造の4倍周期、中性子非弾性散乱によるスピン波の測定ではchain構造の5倍周期と、測定手法によって結果が異なっていた。われわれは、この実験手法によるホールの周期の違いは、それぞれの実験プローブによる試料の測定領域の違いからきているのではないかと考え、より試料全体を測定できる高エネルギーX線によるシンクロトロンX線回折実験を行った。その結果は、中性子散乱によるものと同じくchain構造の5倍周期になっていることがわかり、さらに、構造モデルを仮定したX線回折強度計算によって、実験結果をほぼ再現できることも確認できた。

High-energy synchrotron X-ray diffraction measurements were carried out on a single crystal of Sr$$_{14}$$Cu$$_{24}$$O$$_{41}$$, and we found that the lattice distortion has not $$four$$ but $$five$$ times the periodicity of the chain structure along $$c$$(/$// chain axis) direction at low temperature. These satellite peaks decreased in intensity with increasing temperature. These observations were interpreted properly in terms of a hole ordering model involving the dimerized state of two Cu$^{2+}$$ ions and a Cu$$^{3+}$$ ion on a Zhang-Rice singlet site in the CuO$$_2$$ chains. These features were clearly observed by using high-energy X-rays ($$E_isimeq$$53.789 keV), while the superlattice peak intensity varied drastically with very little sample surface treatment in the case of low-energy X-ray experiments ($$E_isimeq$$15.498 keV).

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分野:Materials Science, Multidisciplinary

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