Study of the spin-lattice coupling using a single-shot x-ray measurement in ultrahigh magnetic fields

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K20521
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松田 康弘 東京大学, 物性研究所, 教授 (10292757)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池田 暁彦 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (90707663) ; 久保田 雄也 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (30805510)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 強磁場 / 自由電子レーザー / シングルショット / X線

Outline of Annual Research Achievements

X線は物質の構造や電子状態を微視的に明らかにする優れたプローブであり、磁場中で起こる様々な量子現象を理解するために、強磁場環境下でのX線実験技術の開発は興味深く重要である。世界的に放射光X線とパルス強磁場を組み合わせて40テスラの実験が可能となっているが、現状の技術の延長では磁場の上限は50テスラ程度にとどまる。マイクロ秒の超高速磁場を用いれば100テスラ以上の超強磁場X線実験が可能となるが、X線の光源もシングルショットで十分な強度を有する自由電子レーザー(XFEL)を用いることが必須となる。昨年度までにパルス超強磁場発生可能となるシステムを構築し、実際にその装置を用いたXFEL実験を兵庫県の自由電子レーザー施設SACLAにて世界最高の77 Tの磁場下でMn酸化物のX線回折実験を行った。さらに、低温環境の構築を行いCo酸化物のスピン転移による磁場誘起構造転移を捉えることに成功した。
本年度はより安定に低温環境を実現するためのマイクロクライオスタットを開発し、SACLAにおいて、2022年6月17~20日(課題番号2022A8068)および、2022年10月18~21日(課題番号2022B8068)のビームタイムを使って、ブリージングパイロクロア化合物の磁場誘起構造相転移の観測を行った。現在、前年度までに得られているLaCoO3のCo酸化物のスピン転移、Pr(Y,Ca)CoO3のPrの価数転移とCoのスピン転移、の実験結果と合わせ３－４本の学術論文にまとめる予定であり、解析・考察を行っている。

Research Products

• [Presentation] 励起子絶縁体候補物質Pr0.7Ca0.3CoO3の65テスラ磁場誘起相転移におけるX線格子変形観察 (2022)
  • Author(s): 池田暁彦, 石井裕人, 矢島健, 周旭光, 彭詩悦, 松田康弘, 久保田雄也, 井上伊知郎, 犬伏雄一, 登野健介, 矢橋牧名, 内藤智之
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会