Magnetic excitations of the diagonal incommensurate phase in lightly-doped LaSrCuO

LaSrCuO希釈ドープ領域の斜め非整合相における磁気励起

松田 雅昌; 藤田 全基*; 脇本 秀一  ; Fernandez-Baca, J. A.*; Tranquada, J. M.*; 山田 和芳*

Matsuda, Masaaki; Fujita, Masaki*; Wakimoto, Shuichi; Fernandez-Baca, J. A.*; Tranquada, J. M.*; Yamada, Kazuyoshi*

銅酸化物高温超伝導体の大きな特徴の一つとして、電気伝導と磁性が密接に関係していることが挙げられる。最近の中性子散乱研究により、大局的な磁気励起スペクトルがYBCO系,LSCO系ともにほぼ共通で砂時計の形をしていることが示されており、これらは銅酸化物高温超伝導体に普遍的な性質であると考えられる。一方、絶縁体-超伝導体転移を起こす近傍(斜め非整合磁気相)における磁気励起の研究はほとんど行われていないのが現状である。そこで、われわれは低ホール濃度領域のLaSrCuO単結晶を用いて中性子非弾性散乱実験を行い、磁気励起を詳細に調べた。その結果、斜め非整合磁気相においても磁気励起が砂時計型であることを明らかにした。さらに、低エネルギー領域のスピン波速度が絶縁相と超伝導相とでほぼ同じであり、(低エネルギー磁気励起が反強磁性ベクトルで交差するエネルギー)がドープ量に比例して減少することを発見した。これは、電気伝導が絶縁体から超伝導へ変化するときに磁気励起は連続的に変化していることを示しており、この系におけるスピン-電荷相関を理解するうえで重要な情報である。

Neutron scattering experiments were performed in lightly-doped LaSrCuO to study the magnetic excitations in the insulating phase with the diagonal incommensurate spin correlations. It was found that the magnetic excitations at low temperatures are similar to those in the superconducting phase with parallel incommensurate spin correlations. The overall excitation has an hour-glass shape with 15-25 meV. ( is an energy at which the low-energy excitations cross the antiferromagnetic wave vector.) Furthermore, the effective velocity of the low-energy excitations is approximately independent of doping, so that scales linearly with doping, following the elastic limit of the magnetic incommensurability. This supports the concept that the magnetic excitations evolve directly from the antiferromagnetic insulator.