Electronic structure of ladders and chains in Sr(14-x)Ca(x)Cu24O41 studied by X-ray absorption spectroscopy

Abstract

The spin-ladder compound Sr(14-x)Ca(x)Cu24O41 seems to be a promising material of new class of superconductor. And, (Sr,Ca)14Cu24O41 is regarded as a self-doped ladder material with the Cu formal valence of 2.25. It was found that electric conductivity of Sr14Cu24O41 increases with the increase of the replacement of Sr by Ca gradually increased. Superconductivity was observed at x = 13.5 under high pressure than 3 to 4.5 GPa. The spin gap existing in the ladder decreased with the increase of x, while the gap in the chain hardly changed by x. The hole states in Sr(14-x)Ca(x)Cu24O41 have been studied by investigating O-2p hole density of states. The polarization dependence of the X-ray absorption spectra near O-1s absorption edge of Sr(14-x)Ca(x)Cu24O41 (x = 0.0 and 11.5) single crystals has been measured using polarized synchrotron radiation, and the spectra of Sr14Cu24O41 was shown in a figure. Two main peaks were found at the energy region from 525 eV to 531 eV, and they were assigned as the hole states in chain site and ladder site, respectively. These results indicated that holes locate on both ladder and chain sites in Sr(14-x)Ca(x)Cu24O41 system. The detection of transfer of hole states from chain sites to ladder sites has not been succeeded so far within experimental error.

スピンはしご化合物Sr(14-x)Ca(x)Cu24O41は新しいクラスの超伝導体として有望な材料である。また、(Sr,Ca)14Cu24O41はCuのモル原子価が2.25の自己ドープ型材料と見なされている。Sr14Cu24O41はCaによるSr置換率の増加と共に電気伝導度が徐々に増加することが分かった。x=13.5のとき、3?4.5GPaの高圧下で超伝導性を観測した。はしご内に存在するスピンギャップはxの増加と共に減少したが、鎖内のギャップはxの影響をほとんど受けなかった。O-2p正孔状態密度を調べてSr(14-x)Ca(x)Cu24O41の正孔状態を研究した。Sr(14-x)Ca(x)Cu24O41(xは0.0および11.5)単結晶のO-1s近傍吸収端のX線吸収スペクトルの分極依存性を分極シンクロトロン放射を用いて測定し、Sr14Cu24O41のスペクトルを図示した。2つの主ピークが525eV?531eVのエネルギー領域に存在することが分かった、2つのピークは鎖サイトと、はしごサイトそれぞれの正孔状態に起因するものである。これらの結果は、Sr(14-x)Ca(x)Cu24O41系のはしごおよび鎖の両サイト上に正孔が配位することを示している。鎖サイトからはしごサイトへの正孔状態の転移を実験誤差の範囲内で検出することには成功していない。