Magnetic correlations and 139La NQR relaxation in La2−x Sr x CuO4−y

Summary ¹³⁹La NQR spin-spin and spin-lattice relaxation measurements in La_2−x Sr _x CuO_4−y are presented, forx ranging from zero to 0.3 and for variable oxygen content, in the temperature range (1.6÷450) K. The data are analysed in terms of the different possible relaxation mechanisms. The dominant relaxation mechanism over most of thex andT range is associated with the Cu⁺⁺−Cu⁺⁺ magnetic correlations and spin dynamics. To explain the data we introduce a heuristic model whereby the degree of magnetic correlations, that would result from the strength of the Cu−Cu exchange coupling, is reduced by mobile charge defects (solitons or holons) causing a liquidlike thermal bath of magnetic excitations described by a concentration-dependent and thermally activated correlation time τ_d. The activation energy for τ_d is inversely proportional to the concentration of mobile defects. It is shown that theT ₁ data yield thex andT dependence of the correlation length, with quantitative estimate in agreement with neutron scattering results. Some implications of the model on other quantities, like magnetic susceptibility,x dependence of the Neel temperature and electric conductivity, are briefly discussed.

---

Riassunto Sono presentate misure di rilassamento NQR spin-spin e spin-reticolo per¹³⁹La in La_2−x Sr _x CuO_4−y , perx compreso tra 0 e 0.3 e a contenuto variabile di ossigeno, nell'intervallo di temperaturaT tra 1.6 e 450 K. I risultati delle misure vengono dapprima analizzati alla luce dei possibili meccanismi di rilassamento e si mostra come in un ampio intervallo di valori dix e diT il meccanismo dominante è costituito dalla dinamica e dalle correlazioni degli spin di Cu⁺⁺. Allo scopo di spiegare i risultati ottenuti, viene introdotto un modello euristico in cui il grado di correlazione magnetica che conseguirebbe dall'interazione di superscambio Cu−Cu viene ridotto da difetti mobili (solitoni o holoni) che insediano un bagno termico di eccitazioni magnetiche simile a un liquido, descritto da un tempo di correlazione τ_d che dipende dalla concentrazione di tali difetti ed è termicamente attivato. L'energia di attivazione per τ_d risulta inversamente proporzionale alla concentrazione di difetti mobili. Oltre a giustificare compiutamente le risultanze sperimentali, tale modello consente di ricavare quantitativamente la dipendenza dax e daT della lunghezza di correlazione, che risulta in accordo con quella nota aT=77K dallo scattering di neutroni. Sono anche brevemente discusse le implicazioni del modello su altre grandezze come la suscettività magnetica, la dipendenza della temperatura di Neel dax e la conducibilità elettrica.

---

Резюме Приводятся результаты измерений¹³⁹La NQR спин-спиновой и спинрешеточной релаксации в La_2−x Sr _x CuO_4−y дляx в области от 0 доx=0.3 и для различного содержания кислорода, в области температур (1.6÷450)K. Полученные данные анализируются в терминах различных механизмов релаксации. Доминиркющий механизм релаксации для большенства значенийx и в рассматриваемой области температур связан с магнитными корреляциями Cu⁺⁺−Cu⁺⁺ и спиновой динамикой. Для объяснения полученных данных мы вводим эвристическую модель, с помощью которой степень магнитных корреляций, которые зависят от силы Cu−Cu обменной связи, сводится к подвижным заряженным дефектам (солитовы или голоны), обусловленным термостатом магнитных возбужений, описываемых зависящим от концентрации и термически активированным временем корреляции τ_d. Энергия активации для τ_d обратно пропорциональна концентрации подвижных дефектов. Показывается, что данные дляT ₁ определяют зависимость корреляции отx и отT, причем количественная оценка согласуется с данными по рассеянию нейтронов. Вкратце обсуждаются возможные применения предложенной модели к другим величинам: магнитной восприимчивости, зависимости температуры Нееля (точки Кюри) отx и электропроводности.