Å/sec

NMR NMR

0.2 Å/sec

基盤（マイラー）温度

～‐

50

℃

4444

[Fe/V]

人工格子の構造

界面： bcc(110)面

4545

強磁性合金の内部磁場 A

_1-x

B

合金

n A nn

nn

H a = μ + b ∑ μ

第一項：着目する原子の磁化による寄与第二項：周りの原子のもつ磁化による寄与

μ

μnn

H

b

b μ

着目する原子を取り囲んでいる磁性原子の性質を明らかにすることが出来る。

環境効果

4646

Fe-V

合金中の⁵¹

V-NMR

スペクトル

Fe₉₀V₁₀ Fe₇₅V₂₅

( ) ( )

100 /

10.8 / 2.3

/

n n

n sel

B V F

f l

B B

e V V

a koe

b koe

H a b μ

μ

μ μ μ

−

= + ⋅

⎡ = − ⎤

⎢ = − ⎥

⎢ ⎥

⎢ = − ⎥

⎣ ⎦

∑ ∑

μV

μFe

Hn ^b^{V V}⁻ V Fe

b ₋

4747

理想的界面における原子配列と内部磁場

界面第１層：〜２５ＭＨｚ界面第２層：〜３ＭＨｚ

4848

V-FNR and NMR in [Fe15

/V30

]

₆₀

51V-NMR in zero-field ⁵¹V-NMR at 13 MHz

4949

▣ 共鳴周波数の分布

原子核位置での内部磁場の分布：

H

(r)

周辺原子の磁気モーメントの分布

界面近傍における原子配置

▣ 界面近傍における原子配置

原子層における組成プロファイル原子の短距離秩序パラメータ：α

( ) (1 )

P X = X + α − X

α＝

0

：

Random

α＝

-1

：

Order

α＝

+1

：

Cluster

5050

界面での乱れが３層の場合

5151

界面での乱れが４層の場合

5252

短距離秩序パラメーター依存性

5353

T_s=-50℃

T_s=-30℃

T_s=-20℃

基盤温度依存性

5454

磁性金属人工格子 : [ Ni/Cu]

強磁性層間の長距離相互作用

Ni-Cu

合金

全率固溶系－

Solid Solution Type

5555

強磁性層間の長距離相互作用

非磁性層のＮＭＲ－ [Ni/Cu]人工格子のCu-NMR

Cu Ni Ni

強磁性原子のＮＭＲ

: local magnetic For ferromagnetic alloys:

moment

n loc

n B n

n self ni

i oc

A A

H S M

g M

H a b

γ μ

μ γ

⇒ = +

= =

∑

非磁性原子のＮＭＲ

: local susceptibility

2 ( )

o loc z

loc

o B n

loc

B S f

H H A S

K H g

N E

μ γ χ χ

χ μ

= − =

5656

-[Ni/Cu]

人工格子の

Cu-NMR

スペクトル

5757

非磁性金属層における伝導電子のスピン分極

5858

-[Ni/Cu]

の

Cu-NMR

スペクトルの

Simulation

5959

伝導電子の振動周期：１０Å

伝導電子の分極の特徴的な長さ：１０Å

伝導電子の界面近傍でのスピン分極：0.002μ_B

6060

ＮＭＲによる磁性体人工格子の研究まとめ

1

） [Fe/V] 系

⇒ 界面近傍での原子配列とその基盤温度依存性熱平衡状態：

全率固溶系でFe(50%)-V(50%)でCsCl型の規則合金が形成される。

2）

[Co/Ni]

系

⇒ 磁性層間の伝導電子を介した長距離相互作用の検証熱平衡状態：

全率固溶系で不規則合金を形成する。

6161

酸化物高温超伝導体酸化物高温超伝導体

のの NMR NMR

6262

6363

超伝導の特徴

¾ T

以下で電気抵抗がゼロになる。

¾ 超伝導状態では完

全反磁性を示す

^。

6464

超伝導の特徴

¾ 二種類の超伝導体が存在する。

¾ 第二種超伝導体で

は磁場が格子状に

侵入する渦糸状態

が存在する。

6565

超伝導の特徴

¾ 電子間の強い引力によりクーパー対を形成する。

（クーパー対の平均的な距離：

ξ

）

¾ 常伝導状態のフェルミ面にエネルギー

ギャップを持つ

^。

6666

6767

6868

6969

7070

CuO

₂面内の正方格子と

Cu-O

間の結合

この面内に伝導電子が注入され超伝導が発現している

電子間の引力の源は

Cu

原子の持つ磁気的相互作用と考えられている

酸化物高温超伝導体の特徴

¾ ¾ 反強磁性絶縁体にキャリ

反強磁性絶縁体にキャリヤーをドープした金属相

ヤーをドープした金属相

に接する金属絶縁体転移

近傍で発現する。

¾ ¾ 構造的にほぼ正方格子の

構造的にほぼ正方格子の

CuO CuO

₂₂

面を持つ。

¾ ¾ 電子状態はほぼ

電子状態はほぼ

Cu Cu

²⁺²⁺

で

3d 3d

_x2-_x2_-y2_y2

軌道が

O O

^2-²^-

の

p p

_σ_σ

軌道

軌道と強く混成している

と強く混成している。

。

Temperature

"Unconventional Metal" "Normal Metal"

Antiferro-Insulator

Hole Concentration

M-I Transition

Superconductor 金属・絶縁体転移

7272

超伝導の電子対モデル

上向きのスピンの電子が原点に存在するときの対をなす電子の波動関数の分布。

矢印が電子スピンの向きを表す。

ｓ波：通常の金属で見られる等方的な超伝導ｄ波：高温超伝導体のような異方的超伝導ｐ波：UPt₃で初めて発見された新しいタイプ

（波が左右で逆になる、スピンが平行になる）

7373

NMR NMR から見たから見た

酸化物高温超伝導体の物理

7474

CuO CuO

₂₂

面内の電荷分布面内の電荷分布

Cu NQR Spectra in LSCO & YBCO

ν

7575

Spin contribution to the Knight Shift K_s decreases below T_c according to the BCS temperature

dependent energy gap.

Distribution of K measures the local field distributions associated with a vortex lattice.

φ_o→ hc/2e, d → Vortex lattice spacing, λ→ Field penetration depth

2 3 2 3

1 2

16 16

o o

H d

φ φ

πλ

λ π λ π

Δ = + ⋅ ≈

2 2

S S 4

E df

K dE

E dE

χ π

^∞

⎛ ⎞

∝ = −

∫

− Δ ⋅⎜⎝ ⎟⎠

超伝導状態での

超伝導状態での NMR NMR スペクトルスペクトル

7Li NMR in LiTi₂O₄

K K

63Cu NMR Spectra at 80 MHｚ in Tl₂Ba₂CuO_6+δ(Tc=85K)

Ｔ_ｃ

K K

7777

63Cu Nuclear Relaxation in YBCOｙ

CuO CuO

₂₂

面内での核磁気緩和面内での核磁気緩和 T T

₁₁

T_c以下での1/T₁の振る舞いは異方的な超伝導ギャップをもつものと解釈される。

d-波超伝導体

7878

NMR Relaxation

NMR Relaxation in CuO in CuO

₂₂

Plane Plane T T

₁₁

bT T = a +

1 a

：反強磁性スピン相関による温度に依存しない緩和

超伝導発現の担い手

b:

伝導電子の励起による温

度に比例した緩和

7979

Cu Spin Fluctuation

Cu Spin Fluctuation in CuO in CuO

₂₂

Plane Plane T T

₁₁

Antiferromagnetic Spin Fluctuation Contribution

8080

NMR Relaxation

NMR Relaxation in CuO in CuO

₂₂

Plane Plane T T

₁₁

8181

Spin Spin - - Gap Gap in CuO in CuO

₂₂

Plane Plane T T

₁₁

0 100 200 300

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

常伝導領域スピ

ンギャプ領域

超伝導領域

Tsg(スピンギャップ転移温度) T_c(超伝導転移温度）

1/T₁T (sec.K)

YBa2Cu

核

スピン緩和率

温度 (K)

典型的な高温超伝導体YBa2Cu4O8における核スピン緩和率1/T1Tの温度依存性

8282

Spin Spin - - gap Phase Diagram gap Phase Diagram in CuO in CuO

₂₂

Plane Plane

8383

0 1 2 3

0 5 10 15 20 25

YBa₂Cu₄O₈ YBa₂Cu₃O₇ Tl₂Ba₂CuO₆

1/T 2G (msec)-1

Reduced Temperature T/T

2 )2 ( 2

)2 exp (

)

( ⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧ _Δ

−

= Rgt t

Mo t

)2 , 4 (

2 ) ( 2

1 q 0

qzz A g T

T g ≡ ∝ _∑ χ

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

Real part of static susceptibility

Rg : Indirect coupling,

△ : Direct coupling

Spin Spin - - spin Relaxation spin Relaxation in CuO in CuO

₂₂

Plane Plane

s-wave d-wave

Spin Echo Decay

T

₂

T

₂

ドキュメント内核磁気共鳴の原理と医学への応用　　　　　　先端基礎研究センター　安岡弘志　 (ページ 43-84)

NMR NMR

0.2 Å/sec

50

[Fe/V]

強磁性合金の内部磁場 A

B

合金

n A nn

nn

H a = μ + b ∑ μ

μ

H

b

b μ

Fe-V

V-NMR

100 /

10.8 / 2.3

/

a koe

b koe

b koe

H a b μ

μ

μ μ μ

= + ⋅

⎡ = − ⎤

⎢ = − ⎥

⎢ ⎥

⎢ = − ⎥

⎣ ⎦

∑ ∑

V-FNR and NMR in [Fe15

/V30

]

H

(r)

( ) (1 )

P X = X + α − X

0

Random

-1

Order

+1

Cluster

磁性金属人工格子 : [ Ni/Cu]

Ni-Cu

Solid Solution Type

強磁性層間の長距離相互作用

Cu Ni Ni

∑

μ γ χ χ

χ μ

-[Ni/Cu]

Cu-NMR

-[Ni/Cu]

Cu-NMR

Simulation

ＮＭＲによる磁性体人工格子の研究 まとめ

1

[Co/Ni]

酸化物高温超伝導体 酸化物高温超伝導体

の の NMR NMR

超伝導の特徴

¾ T

以下で電気抵抗が ゼロになる。

¾ 超伝導状態では完

全反磁性を示す

超伝導の特徴

¾ 二種類の超伝導体 が存在する。

¾ 第二種超伝導体で

は磁場が格子状に

侵入する渦糸状態

が存在する。

超伝導の特徴

¾ 電子間の強い引力に よりクーパー対を形 成する。

ξ

¾ 常伝導状態のフェル ミ面にエネルギー

ギャップを持つ

ＮＭＲによる磁性体人工格子の研究まとめ

酸化物高温超伝導体酸化物高温超伝導体

のの NMR NMR

以下で電気抵抗がゼロになる。

¾ 二種類の超伝導体が存在する。

¾ 電子間の強い引力によりクーパー対を形成する。

¾ 常伝導状態のフェルミ面にエネルギー

と強く混成している。

NMR NMR から見たから見た

面内の電荷分布面内の電荷分布

超伝導状態での NMR NMR スペクトルスペクトル

面内での核磁気緩和面内での核磁気緩和 T T