2019 Fiscal Year Research-status Report
アモルファスCe-Mn合金における巨大熱膨張現象の解明
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19K05239
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
雨海 有佑 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (50400065)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | アモルファス合金 / 巨大熱膨張 / 近藤効果 / 直流高速スパッタ法 / Ce-Mn合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，アモルファスCe-Mn合金における巨大熱膨張現象の発現機構を磁性や電子物性の観点から明らかにすることを目的としている。本年度は，スパッタ装置の改良および置換合金試料の作製および基礎物性(比熱，磁化率)の把握と熱膨張測定を行った。
スパッタ装置の改良---本研究でアモルファス合金の作製に使用している直流高速スパッタ装置に対し，試料作製速度向上を目的に購入を申請していたスパッタ装置用クライオスーパートラップの組み込んだ。当初予定の半年より少し遅れたが無事完成し，初期真空度は向上，排気時間をこれまでの半分に抑えることが可能になった。試料作製時間は，これまでの半分から3分の1程度まで減少し，かなり効率よく試料作製が可能になった。
基礎物性および熱膨張---スパッタ装置の改造中にこれまでに作製済みのCe-Mn系の幅広い温度域での比熱と熱膨張測定，置換合金のCexY20-xMn80の磁化率と熱膨張測定を行った。Ce-Mnの比熱は，低温で磁気比熱の山が観測され，その大きさはCe濃度の増加と共に大きくなりピークの温度はCe濃度の増加と共に減少した。これらの振る舞いは，いわゆる近藤効果に起因すると考えられるが，Ceが低濃度でも出現することは今回初めて明らかになった。熱膨張係数の温度依存にもこの磁気比熱に対応した山または巨大な値が見られた。CexY20-xMn80では，室温での熱膨張係数がCe濃度に依存して増大した。Mn濃度は固定されていることから先行研究で指摘されているMnスピンの揺らぎに伴う増大に加えてCeが熱膨張係数の増大に関与していることが明らかになった。一方，磁化率は低温でスピングラス的な振る舞いが観測され，その転移温度はCe濃度の増加と共に減少した。これは，Ce量によってMn-Mn間の原子間距離の変化に起因すると考えられる。
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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
スパッタ装置の改良が当初より多少遅れたものの，試料作製速度の大幅な向上によりその遅れを取り戻せた。
Ce-Mnの比熱については，幅広い温度範囲について検討でき，Ce低濃度においても低温で磁気比熱の存在が明らかになったことやCexY20-xMn80の熱膨張測定からMnスピンの揺らぎだけでなくCeの存在が巨大熱膨張に関与している点が明らかにできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，非磁性希土類をLaとした(Ce,La)-Mn系の作製に取り掛かる。Y系との比較検討を行い，4f電子の有無と原子半径の違いからCe-Mnにおける巨大熱膨張を考察する。
一方，CexY20-xMn80の結果から巨大熱膨張に関与していると考えられるCeについて，4f電子の磁性が関与しているのか，または原子間距離の問題なのかを検討するため，磁場中熱膨張測定を行う。これについてはシステム構築から始めることになるが，予備的な実験はすでに終えており，今後定常的に実験できるように進める。
また，Mnの効果を明らかにするためCe(Mn,Al)の作製も進める。
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| Causes of Carryover |
当初参加予定だった日本物理学会第75回年次大会が新型コロナウイルス感染症拡大防止のため現地開催が中止となり，旅費として使用予定の分が次年度使用額として生じた。
翌年度分との合わせた使用計画としては，関連学会への参加旅費または研究打ち合わせの旅費等に使用する予定だが，コロナウイルス感染症の状況次第では使用することが不明なため，もともと計上額が少なかった試薬に使用する予定である。
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