2021 Fiscal Year Research-status Report
Study of rare earth compounds with unique structure by vector magnetometer
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18K03520
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| Research Institution | Kochi University |
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Principal Investigator |
西岡 孝 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (10218117)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 希土類化合物 / ベクトル磁化測定 / 磁気異方性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
特異な結晶構造を有する希土類化合物の磁性の研究として，RAlGe (R=希土類元素)系の単結晶育成とベクトル磁化測定を行った。RAlGeは軽希土類では正方晶α-ThSi2型，重希土類では斜方晶YAlGe型構造を取り，互いに関係している。その境界はR=Gdにある。昨年度から本年度にかけて，ほぼすべてのRについて単結晶育成に成功した。特にYAlGe型単結晶は，Rサイトがジグザグ面を構成し，特異な磁性が期待されるが，単結晶の育成がなされていなかった。このうち，TbAlGeについて，詳しい測定を行い，国際会議 (SCES2021) で発表した。また，最近の報告により，軽希土類のα-ThSi2型はその秩序型である反転対称性を有しないGaGeLi型であり，ワイル半金属であるという報告がなされており，R=Prについてベクトル磁化測定の予備実験を行い，磁気異方性の特徴を明らかにした。
装置開発としては，冷凍機による断熱法比熱測定に取り組んだ。以前の開発で，アデンダを熱浴にしっかりと固定することで，断熱法で比熱が測定できることを報告したが，熱容量が小さい場合，冷凍機の機械的振動から不可避な温度振動により，液体ヘリウム環境に比べて精度が良くなかった。そこで，今年度は冷凍機を停止して冷凍機の振動がない状態で比熱が測定できるかを調べたところ，1時間程度最低温度を維持できることが明らかになり，その環境で比熱測定に成功した。その結果，液体ヘリウムと同等の精度で比熱が測定できることが明らかになり，これも国際会議 (SCES2021) で報告した。そのほかに，電磁石によるベクトル磁化測定，ヘリウム回収システムの開発も試みた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究計画の重要な点は，特異な結晶構造を持つ希土類化合物の磁気異方性をベクトル磁化測定の観点から明らかにすることとそれに伴う装置開発である。
特異な結晶構造を持つ物質としては，YbFe2Al10型から出発しRAlGe (R=希土類元素) の単結晶の育成に成功した。R=軽希土類はワイル半金属と関連しており，重希土類はジグザグ構造を持つという面白い物質であることを明らかにするこができた。
装置開発面では，3つのことを平行に進めた。1つ目は，3He温度までの冷凍機を停止しての断熱法比熱測定，2つ目は電磁石によるベクトル磁化測定，3つめはヘリウム回収システムである。これらの8割程度まで完成した状況である。
コロナによる研究自粛の要請の状況を考えれば，十分な研究の進行状況であろう。
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| Strategy for Future Research Activity |
測定面では，作成に成功したRAlGeの残りの試料の比熱，交流磁化率，ベクトル磁化測定をできる限り行う。比熱測定は1.2Kまでは現状で測定が可能であるが，3He温度まで測定ができるように開発を進める。ベクトル磁化測定は，装置の調整を行い，引き続き測定を進める。ベクトル磁化測定を効率的に進めるために電磁石によるベクトル磁化測定の開発も進める。プローブを変えることで，ホール効果の測定も行う。また，冷凍機を使用する際に浪費するヘリウムを回収するシステムは，配管が複雑なゆえに漏れが発生しやすく，改良が求められる。問題となる箇所を明らかにし，95%以上の回収を目指したい。
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| Causes of Carryover |
次年度行う研究は，作成した試料のベクトル磁化測定と装置開発として3He温度までの比熱測定，電磁石による磁化測定，および必要に応じて追加の試料作成である。そのために，使用が生じる金額はわずかなものであり，すべて，消耗品として使う。具体的には，冷凍機の試験に使うヘリウムガス，配管部品；磁化測定器の装置に使う電子部品，材料，工具；試料作成のための原料，タンマン管，アルゴンガス，酸素ガスである。
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