2021 Fiscal Year Annual Research Report
Study of Magnetic Field Induced Electronic Phase Transitions by X-ray scattering with Pulsed Fields and XFELs
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19H00647
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
野尻 浩之 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80189399)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑原 慶太郎 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 教授 (90315747)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 強磁場 / X線自由電子レーザー / 電子相転移 / X線散乱 / 極端条件 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、YBCOのCDW転移について、SACLA、LCLSで強磁場実験を実施した。実験では、磁場誘起のCDWと比較するために、YBa2Cu3O6.67 の光誘起正常状態を調べた。これまで、光分光実験において、クエンチされた超伝導状態が非平衡状態として生じることが予測されてきたものの、詳細はわかってなかった。今回の実験では、光励起下でおきるCDWと強磁場下のCDWの両者を、X線自由電子レーザーで観測して比較することにより、非平衡の光励起状態が、強磁場下でおこる平衡状態のCDWと、類似していることを実験的に見出した。具体的には、光ポンプによって、超伝導CuO2平面に壊れたペアリング状態が生じると、これが3次元CDWの前駆体の核形成につながることを観察した。この結果は、光励起の下では非平衡状態から平衡状態へのクロスオーバーが生じること、磁場の増加による渦液体状態の拡大は、光による壊れたクーパー対生成と対応しており、同一の物理過程に帰着することを示す。
引き続いて、グラファイトのCDWについて、一連の実験を行った。電子構造を考慮して、CDW/SDWに関連するネスティングベクトルに対応する逆格子空間の主な位置を、高強度のピンクビームにおいて探索した。実験条件としては、密度波転移が生じる40テスラかつ3 K以下の低温領域で測定を行えたが、超格子反射を見出すには至らなかった。その一方で、格子定数の磁場依存性については、密度波転移の複数の異なる相間の転移で、僅かな異常が見出され、これらは、密度波転移において見られた音速の異常と同様に格子の異常に関与していると考えられる。この点を明らかにするために、高分解能測定を可能にする後方散乱配置の装置を開発し、動作を確認した。最終年度において、高分解能測定が可能な、モノクロビームを用いて、格子の異常を確認する計画である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度は、コロナ禍で、実施出来なかった海外のLCLSでの実験が、2年ぶりに再会し、SACLAでの実験とともに、X線回折実験の進展が図られた。YBCOのCDW転移およびグラファイトの密度波転移について、それぞれ、実験の進展があり、これらの研究は順調に進んでいる。その一方で、様々な部品の供給に大幅な遅延が生じたため、結果として、幾つかの実験の実施が3－4ヶ月、先延ばしになり、繰越により対応する事を余儀なくされたので、やや遅れていると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度においては、コロナの状況も改善して、実験のための海外渡航も可能になったため、当初計画を実現するべく、着実に実験を行って行く。SACLAにおいては、モノクロビームを用いた実験を2回予定しており、これらにより、
グラファイトの密度波転移について、結果が得られることが期待される。併せて、保留されていた、LCLSの実験についても推進する。LCLSでは、マシンのアップグレートにより、高エネルギーの利用が可能になったため、これまでの反射配置での測定に加えて、透過配置でのX線回折が可能になり、よりバルクに近い状態が観測可能になるため、PDW状態の発見についての進捗も期待される。
この他、より強磁場での測定についても、コイルの開発などが終了したため、実際の実験に組込むことで、これまでより高い磁場領域へのアクセスが可能になるため、これらを実験に用いてゆく計画である。
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Research Products
(6 results)
