Coexistence of two components in magnetic excitations of LaSrCuO ( = 0.10 and 0.16)

佐藤 研太朗*; 池内 和彦*; 梶本 亮一; 脇本 秀一; 新井 正敏*; 藤田 全基*

Journal of the Physical Society of Japan, 89(11), p.114703_1 - 114703_7, 2020/11

https://doi.org/10.7566/JPSJ.89.114703

To elucidate the spin dynamics of LaSrCuO, which couples with the charge degree of freedom, the spin excitations spanning the characteristic energy ( 35--40 meV) are investigated for underdoped = 0.10 and optimally doped (OP) = 0.16 through inelastic neutron scattering measurements. Analysis based on a two-component picture of high-quality data clarified the possible coexistence of upright standing incommensurate (IC) excitations with gapless commensurate (C) excitations in the energy-momentum space. The IC component weakens the intensity toward with increasing energy transfer (), whereas the C component strengthens at high- regions. The analysis results imply that the superposition of two components with a particular intensity balance forms an hourglass-shaped excitation in appearance. Furthermore, the temperature dependence of the intensity of each component exhibits different behaviors; the IC component disappears near the pseudo-gap temperature () upon warming, whereas the C component is robust against temperature. These results suggest the itinerant electron spin nature and the localized magnetism of the parent LaCuO in IC and C excitations, respectively, similar to the spin excitations in the OP YBaCuO and HgBaCuO with higher superconducting-transition temperatures.

Evidence for magnon-phonon coupling in the topological magnet CuTeO

Bao, S.*; Cai, Z.*; Si, W.*; Wang, W.*; Wang, X.*; Shangguan, Y.*; Ma, Z.*; Dong, Z.-Y.*; 梶本 亮一; 池内 和彦*; et al.

Physical Review B, 101(21), p.214419_1 - 214419_8, 2020/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.214419

We perform thermodynamic and inelastic neutron scattering (INS) measurements to study the lattice dynamics (phonons) of a cubic collinear antiferromagnet CuTeO which hosts topological spin excitations (magnons). While the specific heat and thermal conductivity results show that the thermal transport is dominated by phonons, the deviation of the thermal conductivity from a pure phononic model indicates that there is a strong coupling between magnons and phonons. In the INS measurements, we find a mode in the excitation spectra at 4.5 K, which exhibits a slight downward dispersion around the Brillouin zone center. This mode disappears above the Nel temperature and thus cannot be a phonon. Furthermore, the dispersion is distinct from that of a magnon. Instead, it can be explained by the magnon-polaron mode, collective excitations resulting from the hybridization between magnons and phonons. We consider the suppression of the thermal conductivity and emergence of the magnon-polaron mode to be evidence for magnon-phonon coupling in CuTeO.

Strong local moment antiferromagnetic spin fluctuations in V-doped LiFeAs

Xu, Z.*; Dai, G.*; Li, Y.*; Yin, Z.*; Rong, Y.*; Tian, L.*; Liu, P.*; Wang, H.*; Xing, L.*; Wei, Y.*; et al.

npj Quantum Materials (Internet), 5(1), p.11_1 - 11_7, 2020/02

https://doi.org/10.1038/s41535-020-0212-x

We use neutron scattering to study Vanadium (hole)-doped LiFeVAs. In the undoped state, LiFeAs exhibits superconductivity at K and transverse incommensurate spin excitations similar to electron overdoped iron pnictides. Upon Vanadium doping to form LiFeV, the transverse incommensurate spin excitations in LiFeAs transform into longitudinally elongated ones in a similar fashion to that of potassium (hole)-doped BaKFeAs but with dramatically enhanced magnetic scattering and elimination of superconductivity. This is different from the suppression of the overall magnetic excitations in hole-doped BaFeAs and the enhancement of superconductivity near optimal hole doping. These results are consistent with density function theory plus dynamic mean field theory calculations, suggesting that Vanadium doping in LiFeAs may induce an enlarged effective magnetic moment with a spin crossover ground state arising from the inter-orbital scattering of itinerant electrons.

Quantum dynamics of hydrogen in the iron-based superconductor LaFeAsOD measured with inelastic neutron spectroscopy

山浦 淳一*; 平賀 晴弘*; 飯村 壮史*; 村場 善行*; Bang, J.*; 池内 和彦*; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 本田 孝志*; 平石 雅俊*; et al.

Physical Review B, 99(22), p.220505_1 - 220505_6, 2019/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.220505

鉄系超伝導体LaFeAsODの非弾性中性子散乱実験により、超伝導転移温度26K以下において、5-15meVのエネルギー領域に新しい励起が生じることを見出した。なお、この励起は母物質であるLaFeAsOFでは現れない。14.5meVと11.1meVに現れる強い励起は水素の量子ラットリングまたはバンド運動に起因し、格子間サイトが2個以上のポテンシャル極小点を有する場合にのみ出現するものと結論付けた。

Performances of oscillating radial collimator for the Fermi chopper spectrometer 4SEASONS at J-PARC

中村 充孝; 神原 理*; 飯田 一樹*; 梶本 亮一; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; 石角 元志*; 青山 和弘*

Physica B; Condensed Matter, 551, p.480 - 483, 2018/12

https://doi.org/10.1016/j.physb.2018.05.028

近年、磁場や圧力、高温といった特殊環境下での中性子非弾性散乱実験へのニーズが高まっており、質の高いデータを得るためには試料環境機器からの不要な散乱をできる限り低く抑える必要がある。そこで、我々はユーザーのニーズに応えるため、J-PARCのフェルミチョッパー分光器四季に特化した揺動型ラジアルコリメータを開発した。四季では比較的高い入射エネルギーを用いることから、コリメータのブレード素材に水素フリーの金属シートを採用した。このラジアルコリメータの制御システムでは、揺動スピードや揺動角等といった揺動パターンを柔軟に変更することが可能である。本稿では、新たに開発したラジアルコリメータの性能と残された課題について報告する。

Gapless magnetic excitation in a heavily electron-doped antiferromagnetic phase of LaFeAsOD

玉造 博夢*; 平賀 晴弘*; 池内 和彦*; 飯村 壮史*; 村場 善行*; 中村 充孝; 佐賀山 基*; 山浦 淳一*; 村上 洋一*; 倉本 義夫*; et al.

Physical Review B, 98(17), p.174415_1 - 174415_6, 2018/11

AA2018-0436.pdf:0.85MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.174415

中性子非弾性散乱実験によりLaFeAsODの第二反強磁性母相におけるギャップレス磁気励起の研究を行った。実験の結果、他の鉄系超伝導の母物質とは異なり、LaFeAsODでは磁気励起ギャップが4Kもの非常に低い温度においてもなお観測されないことを見出した。このギャップレス励起はab面内の擬等方性に起因するものと理解され、バンド計算による先行研究の結果と一致する。さらに、この相での磁気励起強度はノンドープのLaFeAsOに比べてはるかに強いこと、及び、常磁性相においてもなおLaFeAsODの磁気励起が存在することを見出した本研究の実験結果は、本系において電子ドープが局在性を増強すると主張する最近の研究結果を強く支持する。

Neutron inelastic scattering study of the -electron states in NdPdAl

目時 直人; 山内 宏樹; 鈴木 博之*; 北澤 英明*; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; 梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘

Journal of the Physical Society of Japan, 87(8), p.084708_1 - 084708_7, 2018/08

https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.084708

電子化合物NdPdAlの中性子散乱による研究を行った。0K, 35.4K, 88.3K, 101.5K, and 198.8Kの結晶場レベルを励起スペクトルから明らかにした。基底状態は主としての軌道によって構成され、これが大きな負のKと一軸異方性を生じる。結晶場から計算された磁気モーメント, 帯磁率, 磁化曲線, 比熱は実験をよく説明する。CePdAlやPrPdAlと共通した電荷分布の存在は同じ構造を持つアクチノイド化合物においても局在的な性質が重要で、UPdAlの局在5電子状態やNpPdAlの重い電子系超伝導にその価数の不安定性が重要な役割をすることを示している。

Odd and even modes of neutron spin resonance in the bilayer iron-based superconductor CaKFeAs

Xie, T.*; Wei, Y.*; Gong, D.*; Fennell, T.*; Stuhr, U.*; 梶本 亮一; 池内 和彦*; Li, S.*; Hu, J.*; Luo, H.*

Physical Review Letters, 120(26), p.267003_1 - 267003_7, 2018/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.267003

We report an inelastic neutron scattering study on the spin resonance in the bilayer iron-based superconductor CaKFeAs. In contrast to its quasi-two-dimensional electron structure, three strongly -dependent modes of spin resonance are found below = 35 K. The mode energies are below and linearly scale with the total superconducting gaps summed on the nesting hole and electron pockets, essentially in agreement with the results in cuprate and heavy fermion superconductors. This observation supports the sign-reversed Cooper-pairing mechanism under multiple pairing channels and resolves the long-standing puzzles concerning the broadening and dispersive spin resonance peak in iron pnictides. More importantly, the triple resonant modes can be classified into odd and even symmetries with respect to the distance of Fe-Fe planes within the Fe-As bilayer unit. Thus, our results closely resemble those in the bilayer cuprates with nondegenerate spin excitations, suggesting that these two high- superconducting families share a common nature.

Detailed study of the structure of the low-energy magnetic excitations in overdoped LaSrCuO

池内 和彦*; 菊地 龍弥*; 中島 健次; 梶本 亮一; 脇本 秀一; 藤田 全基*

Physica B; Condensed Matter, 536, p.717 - 719, 2018/05

https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.11.022

銅酸化物高温超伝導体の過剰ドープ領域における低エネルギーの磁気励起の構造の詳細を調べるために、我々は、LaSrCuOの中性子非弾性散乱実験を行った。過去に報告されたように、非整合な磁気相関に対応した = (0.5 , 0.5)/(0.5, 0.5 )を中心とした磁気励起を明瞭に観測した。それに加えて、を中心とした円環状の励起も観測された。円環の半径(=0.109)は、磁気相関の非整合性(=0.118)より小さい。このことは、円環状の磁気励起は非整合な磁気相関とはその原因を異にしていることを示唆している。LaSrCuOの磁気励起はこのように2種類の励起を持つことが示唆される。

Spin-orbital correlated dynamics in the spinel-type vanadium oxide MnVO

松浦 慧介*; 佐賀山 基*; 上原 周*; 新居 陽一*; 梶本 亮一; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; Ji, S.*; 阿部 伸行*; 有馬 孝尚*

Physical Review Letters, 119(1), p.017201_1 - 017201_6, 2017/07

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.017201

We investigate the magnetic dynamics in the spinel-type vanadium oxide MnVO. Inelastic neutron scattering around 10 meV and a Heisenberg model analysis have revealed that V spin-wave modes exist at a lower-energy region than previously reported. The scattering around 20 meV cannot be reproduced with the spin-wave analysis. We propose that this scattering could originate from the spin-orbital coupled excitation. This scattering is most likely attributable to V spin-wave modes, entangled with the orbital hybridization between orbitals.