[論文レビュー] Spin Correlations and Magnetic Order in Nonsuperconducting Nd_{2-x}Ce_xCuO_4

P. K. Mang, O. P. Vajk+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2003

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 6

ひとこと要約

本研究では中性子散乱を用いて、超伝導性を示さないNd₂₋ₓCeₓCuO₄（x ≤ 0.18）におけるドーピング依存の磁気秩序を調査し、サイト不純物を含む正方格子ヘイゼンベルグ模型の量子モンテカルロシミュレーションがスピン相関長を正確に記述することを示した。しかし、量子揺らぎはクエンチド・ディスオーダー・モデルが予測するよりも秩序した磁気モーメントを強く抑制しており、この系では量子効果が強化されていることが示唆される。

ABSTRACT

We report quantitative neutron scattering measurements of the evolution with doping of the Neel temperature, the antiferromagnetic correlations, and the ordered moment of as-grown, nonsuperconducting Nd_{2-x}Ce_xCuO_{4\pm\delta} ($0 \le x \le 0.18$). The instantaneous correlation length can be effectively described by our quantum Monte Carlo calculations for the randomly site-diluted nearest-neighbor spin-1/2 square-lattice Heisenberg antiferromagnet. However, quantum fluctuations have a stronger effect on the ordered moment, which decreases more rapidly than for the quenched-disorder model.

研究の動機と目的

• ドーピングされたNd₂₋ₓCeₓCuO₄における磁気秩序の進化を理解すること。
• この系における量子揺らぎがスピン相関、ネール温度、および秩序した磁気モーメントに与える影響を特定すること。
• サイト不純物を含むヘイゼンベルグ反強磁性体の実験的結果と理論的モデルを比較すること。
• クエンチド・ディスオーダー・モデルがドーピングされたカップレートにおける磁気的挙動を記述するのに有効であるかどうかを評価すること。

提案手法

• x ≤ 0.18のドーピング範囲における、成長したNd₂₋ₓCeₓCuO₄単結晶を用いて中性子散乱測定を実施し、スピン相関と秩序した磁気モーメントを調べた。
• 散乱データからドーピング関数としてネール温度および瞬時のスピン相関長を抽出した。
• ランダムにサイト不純物が導入された最近接相互作用を持つスピン1/2正方格子ヘイゼンベルグ反強磁性体をモデル化するために、量子モンテカルロシミュレーションを用いた。
• 量子モンテカルロモデルの理論的予測を実験データと比較し、相関長および秩序した磁気モーメントの挙動における一致度を評価した。
• 量子揺らぎに起因する偏差を強調するために、クエンチド・ディスオーダー・モデルを基準として用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Ceドーピングは、超伝導性を示さないNd₂₋ₓCeₓCuO₄におけるネール温度およびスピン相関長にどのように影響するか？
• RQ2 クエンチド・ディスオーダー・モデルの予測と比較して、量子揺らぎが秩序した磁気モーメントをどの程度減少させるか？
• RQ3 サイト不純物を含むヘイゼンベルグ模型の量子モンテカルロモデルは、観測されたスピン相関長を定量的に記述できるか？
• RQ4 なぜ秩序した磁気モーメントは、古典的不純物モデルの予測よりも急速にドーピングに伴い減少するのか？
• RQ5 実験結果とクエンチド・ディスオーダー・モデルの予測との乖離は、ドーピングされたモット絶縁体における量子効果について何を示唆するか？

主な発見

• Nd₂₋ₓCeₓCuO₄における瞬時のスピン相関長は、サイト不純物を含むヘイゼンベルグ模型の量子モンテカルロシミュレーションによってよく記述される。
• ネール温度はCeドーピングの増加に伴い低下し、長距離磁気秩序の抑制と整合的である。
• 秩序した磁気モーメントは、クエンチド・ディスオーダー・モデルの予測よりも著しくドーピングに伴い減少しており、より強い量子揺らぎが存在することを示唆する。
• 量子揺らぎは相関長よりも秩序した磁気モーメントに顕著に影響を及ぼしており、非一様な抑制メカニズムが存在する可能性を示唆する。
• 実験データは、量子効果が秩序した磁気モーメントの減少を支配しており、古典的不純物の影響を上回っていることを示している。