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Neutron scattering study of magnetic excitations in overdoped La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$

過剰ドープ超伝導体La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$における磁気励起の中性子散乱研究

脇本 秀一 ; 山田 和芳*; Tranquada, J. M.*; Frost, C. D.*; Birgeneau, R. J.*; Zhang, H.*

Wakimoto, Shuichi; Yamada, Kazuyoshi*; Tranquada, J. M.*; Frost, C. D.*; Birgeneau, R. J.*; Zhang, H.*

過剰ドープしたLa$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$($$0.25leq x leq 0.30$$)の磁気励起を、三軸型分光器と飛行時間解析型分光器の両方を用いて、中性子散乱により調べた。三軸分光器を用いた低エネルギー領域($$omega<10$$meV)の実験結果から、超伝導を示す試料($$x=0.25, 0.27, 0.28$$)の磁気励起スペクトルは$$omega=6$$meV付近に極大を持ち、その極大値がドープ量の増加に伴って超伝導転移温度$$T_c$$の低下に比例して減少することが示された。さらに、磁気散乱は$$x=0.30$$において、超伝導と同時に消滅することがわかった。飛行時間分光器を用いた$$x=0.25$$と0.30の試料の高エネルギー領域の測定では、$$20<omega<80$$meVにおいて磁気散乱が非常に弱まっていることが示された。これはストライプ的磁気秩序が実現しているLa$$_{1.875}$$Ba$$_{0.125}$$CuO$$_{4}$$の結果と非常に対照的であり、過剰ドープ試料では全エネルギー領域で磁気散乱が弱まっていることを表している。これらの結果は高温超伝導と格子非整合なスピン揺らぎが協力的に直接関係していることの証拠となる。

Neutron scattering experiments have been performed on the overdoped La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$ ($$0.25 leq x leq 0.30$$). Low energy magnetic excitations ($$omega leq 10$$ meV) show incommensurate peaks for the superconducting samples with a maximum at $$sim 6$$ meV in the energy spectrum. As doping increases, the maximum of the dynamic susceptibility decreases linearly with $$T_c$$ and, finally, the low energy excitations become unobservable at $$x=0.30$$ coincidentally with the disappearance of bulk superconductivity. Time-of-flight measurements revealed that magnetic excitations for $$x=0.25$$ are markedly suppressed in the intermediate energy range ($$20 leq omega leq 80$$ meV), which is apparently consistent with a microscopic phase separation into a superconducting region which retains the antiferromagnetic correlations and a Fermi liquid region which has no magnetic correlations.

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