Muon SR study in high-T(sub c) La(2-x)Sr(x)Cu(1-y)Zn(y)O4 with around x = 1/8

Abstract

Recently, it is suggested that the stripe structure of superconductors appearing around x = 1/8 may be responsible for incommensurate elastic magnetic peaks. In order to investigate its possibility, muon SR (Spin Relaxation) experiments were carried out for two samples: La(2-x)Sr(x)CuO4 and La(2-x)Sr(x)Cu(1-y)Zn(y)O4. A Meisner effect measured for each sample revealed that the superconductivity was most severely suppressed in x = 0.115. A muon spin coherent rotation was observed in the Zn-free samples with x = 0.115 below about 10 K. This sample indicated a magnetic order, but the sample with x = 0.125 (1/8) did not indicate that. From the muon SR experiments for Zn-doped La(2-x)Sr(x)Cu(1-y)Zn(y)O4, it was found that the Zn-doping destroyed magnetically ordered state in the sample with x = 0.115 but induced the magnetic order in the sample with x = 0.125. This muon SR result is the first evidence that Zn substitution really induces the magnetic order at around x = 1/8. One of the possible explanations is the pinning effect of Zn, that is, the Zn substitution pins the dynamic spin fluctuation, resulting in appearance of static stripe structure. Since the muon spin coherent rotation due to Zn-doping was not observed in the samples away from x = 1/8, the Zn-pinning effect may be related to the nature inherent to the electronic state around x = 1/8.

x=1/8付近に出現する超伝導体の縞状構造が極端な弾性磁気ピークに原因があるかもしれないと最近言われている。その可能性を調べるため、2つの試料:La(2-x)Sr(x)CuO4およびLa(2-x)Sr(x)Cu(1-y)Zn(y)O4に対してμSR(ミューオンスピン緩和)実験を行った。各試料に対してマイスナ効果を測定した結果、x=0.115の試料において超伝導が著しく抑えられることがわかった。約10K以下でx=0.115のZnを含まない試料においてミューオンスピンコヒーレント回転が観察され、これは磁気秩序を示しているが、x=0.125(1/8)の試料では認められなかった。ZnをドープしたLa(2-x)Sr(x)Cu(1-y)Zn(y)O4に対するμSR実験から、Znのドーピングによりx=0.115の試料の磁気秩序状態は破壊されるが、x=0.125の試料では磁気秩序が誘起されることが判明した。本μSRの結果は、Znの置換によりx=1/8付近で磁気秩序が実際に誘起されるという最初の証拠である。それに対して考えうる説明の1つはZnのピン止め効果、すなわちZnの置換により動的スピン揺らぎがピン止めされ、その結果として静的な縞構造が出現するというものである。Znのドーピングによる試料中のミューオンスピンコヒーレント回転はx=1/8から外れると観察されないので、Znピン止めの効果はx=1/8付近の電子状態に固有な性質に関連している可能性がある。