2021 Fiscal Year Annual Research Report
パルス印加による恒常的量子相変換の学理創成と再構成可能な非散逸電流回路への展開
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21H04442
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
賀川 史敬 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30598983)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | 準安定 / 相転移ダイナミクス / 急冷 / 実空間観測 / 超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
準安定相の創出を目指す上で、相競合している１次転移系が有望な候補物質であることが、我々のグループの過去の研究から経験則として浮かび上がりつつあるものの、その微視的な意味は明らかになっていなかった。そこで本年度は、相競合している１次転移系であるマルチフェロイック物質（Fe0.95Zn0.05）2Mo3O8に着目し、走査型磁気力顕微鏡（MFM）を用いて一次相転移ダイナミクスの実空間観測を行った。低温環境下（30K以下）において、磁場を高磁場（7T）から下げると、試料表面において強磁性相の母体の中に円形状の反強磁性ドメインが時間と共に成長していく過程が観測された。このドメイン成長速度の温度・磁場依存性を精査し、相図上における熱力学一次相転移線からの磁場方向の距離ΔHの関数としてこれを解析したところ、ドメインの成長速度はexp(-const./ΔH)に比例し、いわゆるcreep運動を記述する式として知られているMerz’s lawによってよく記述されることが分かった。この温度・磁場に依存するドメイン速度の“等高線”を相図上に描くと、実験的に観測される１次相転移ヒステリシス線の振る舞いをよく再現した。また、ヒステリシス線は磁場掃引速度の関数として振る舞うことが見出されたが、その系統性は、MFM測定から得られたドメイン速度の温度・磁場依存性に適当なドメイン成長モデルを適用することで半定量的に説明可能であることが分かった。以上のことから、急冷による準安定相の創出を目指すにあたり、相競合領域においてドメイン成長速度が低温域において遅延化することが重要な役割を果たしていることが分かった。
また、上記の実験とは独立に、フェーズフィールドシミュレーションによって、試料サイズ・冷却速度を制御パラメータに採った、最低温における相転移度合いを表す動的な相図を作成した。
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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
遷移金属ダイカルコゲナイドMoTe2に対して走査型ラマン顕微鏡測定を行ったところ、100cm-1以上の波数では高温相と低温相（超伝導相）を比較した際、ラマンスペクトルに明確な差が見られないことが分かった。このことは、２相の実空間イメージングには観測可能な波数域を拡張する必要性があることを意味しており、現在、光学系の改良に時間に取り組んでいる。したがってMoTe2における走査型ラマン顕微鏡測定は現在のところ達成できておらず、今後の課題である。
一方、上記の相マルチフェロイック物質（Fe0.95Zn0.05）2Mo3O8におけるMFM測定やフェーズフィールドシミュレーションは当初の計画には含まれていなかったものであり、これらの研究から共に準安定相の安定化について重要な知見が得られた。その意味でこの点においては、予想以上の進展が見られたものと考えている。以上のことから、全体的な研究の進捗状況としては「おおむね順調に進展している」自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
準安定相の安定化機構について微視的なレベルでの知見が蓄積しつつあるが、より普遍的な側面の抽出を企図し、相競合を示すスピンハミルトニアンに対して、準安定解とその安定性に着目したモンテカルロシミュレーションを行う。また、急冷準安定超伝導相の任意パターニングの前段階の実験として、必ずしも超伝導に限らない急冷準安定相を対象としたパターニング実験を行い、その安定性や空間分解能について知見、及びノウハウを蓄積する。また、パターニングによって初めて発現する高次機能性（たとえばドメイン構造による巨視的な反転対称性の破れによる非相反伝導性の発現など）を実験で検討したい。
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