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Spin Excitations of overdoped La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$

La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$の過剰ドープ領域の磁気励起

脇本 秀一 ; Birgeneau, R. J.*; Frost, C. D.*; Kagedan, A.*; Kim, H.*; Swainson, I.*; Tranquada, J. M.*; 山田 和芳*; Zhang, H.*

Wakimoto, Shuichi; Birgeneau, R. J.*; Frost, C. D.*; Kagedan, A.*; Kim, H.*; Swainson, I.*; Tranquada, J. M.*; Yamada, Kazuyoshi*; Zhang, H.*

中性子散乱により、高温超伝導体La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$の過剰ドープ領域の磁気励起を調べた。$$x=0.25$$の試料ではっきりと観測された6meV付近の格子非整合な磁気励起が、ホール濃度の増加に伴い、$$T_c$$に比例して減少し、$$x=0.30$$の試料において、超伝導の消滅とともに観測されなくなった。これは低エネルギー領域の磁気励起が超伝導に直接関与することを示している。さらに高エネルギー領域の磁気励起をMAPS分光器を用いて調べた結果、高エネルギー磁気励起も過剰ドープ領域で大きく減衰していることが観測された。これらの結果は、$$mu$$SR実験で報告された、過剰ドープ領域で電荷が超伝導相とフェルミ液体相へ相分離するとする仮説を支持するものである。また、過剰ドープ試料と非磁性イオンZnを置換した系の比較から、過剰ドープ領域での超伝導の消滅は、過剰ドープ領域で誘起される常磁性との競合の結果起こることが示唆された。

Spin excitations of LSCO in the overdoped regime has been studied by neutron scattering. Incommensurate excitations around 6 meV which are clearly observed in the $$x=0.25$$ sample decrease with $$T_c$$ as doping increases, and finally, become unobservable at $$x=0.30$$ coincidentally with the disappearance of bulk superconductivity. High-energy measurements performed at the MAPS spectrometer show remarkably weakened magnetic excitations of the overdoped samples also in the high energy region. These observations are apparently consistent with a microscopic phase separation of the overdoped samples into the superconducting and Fermi liquid phases based on muSR results. In contrast, magnetization measurements of overdoped LSCO with and without Zn impurities have revealed that the superconductivity vanishes in the overdoped regime as a result of a competition between the superconductivity and paramagnetism which is induced even in the Zn-free overdoped LSCO.

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