2021 Fiscal Year Research-status Report
Evaluation of anisotropic exchange interaction in one-dimensional quantum spin system by high-frequency ESR measurements
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21K03465
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
藤井 裕 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 准教授 (40334809)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古谷 峻介 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 研究員 (90781998)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 電子スピン共鳴 / 一次元量子スピン系 / 異方的交換相互作用 / ミリ波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、S=1/2一次元反強磁性体(量子スピン鎖)において、その量子臨界的振る舞いが現れる超低温域までの高周波電子スピン共鳴(ESR)測定から、鎖内および鎖間の異方的交換相互作用パラメータを評価することができるという新しい手法を提示することである。本研究では異方性主軸と外部磁場のなす角度を制御する必要があるので、小さな結晶で角度を精密に制御した高周波ESR測定を可能にすることを目指している。並行して、共鳴線のシフトや強度、線幅の温度変化について理論解析をすすめている。
当該年度は、分担者による理論研究においては、従来低磁場下で定式化された量子スピン鎖のESR理論―Oshikawa-Affleck理論―の強磁場への拡張を行い、異方的相互作用が共鳴周波数と線幅に及ぼす影響について一定の理論計算結果を得た。これをもとに、これまでに得られている実験データについて再検討を行い、異方的交換相互作用パラメータをある値に設定することで、実験データがうまく再現できることがわかった。
また、結晶試料をESR用共振器内で回転して磁場と結晶との角度を制御できる新たな共振器の製作に取りかかった。購入したピエゾアクチュエータを用いた共振周波数調整機構を有する新たな共振器のデザインを検討した。これまで利用してきた共振器内の電場・磁場偏光方向にあわせて細い金属配線を入れることが可能であることを確認し、温度安定性の向上の目処がついた。また、液体ヘリウム4温度での共振器試験やESR測定が可能な比較的広い試料空間を持つクライオスタットを整備した。また、候補物質を探索するために関連低次元物質の磁気共鳴測定を行った。
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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
分担者による理論的研究により、これまでに得られている実験結果をうまく説明できる見込みが得られたことは順調な進捗である。
しかしながら、実験面で、超低温域で試料を角度回転させることの可能な共振器の製作と試験に遅れが出ている。共振器の製作にかなり精度が必要なためである。また、使用予定の希釈冷凍機にトラブルが発生し使用できない状況となっており、早急に修理が必要となっている。3Heガスを含むmixtureの一部が外部へ漏れてしまい補充が必要であるが、世界的なヘリウムガス逼迫状況のなかで大変憂慮している。
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| Strategy for Future Research Activity |
共振器デザインの課題に取り組み、超低温域での望みの磁場角度での測定に目処を付ける。もしくは角度回転はいったん離れて、精度良く角度を固定できる機構を検討し、試作する。いずれも液体ヘリウム4温度での測定が可能になったことを利用して、試験を行う。
あわせて希釈冷凍機の早期復旧を目指すが、外部との共同研究の可能性も検討する。
理論的研究においては、低温における強磁性量子スピン鎖への理論展開を目指す。
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| Causes of Carryover |
共振器の製作について、次年度に試験を行うこととしたため繰越額が生じた。
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Research Products
(23 results)
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[Presentation] 低次元反強磁性体Ca2Cu(OH)4[B(OH)4]2の高周波ESR2022
Author(s)
林哉汰, 廣澤康平, 奥谷顕, 高橋佑輔, 石川裕也, 浅野貴行, 山本孟, 木村宏之, 坂倉輝俊, 野田幸男, 藤井裕, 光藤誠太郎
Organizer
日本物理学会第77回年次大会（2022年）
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[Presentation] Development of a millimeter-wave band resonator with meanderline for DNP-NMR measurements2021
Author(s)
Yuya Ishikawa, Yutaka Fujii, Konami Izumi, Akira Fukuda, Tomoki Oida, Yuta Koizumi, Eiichi Kobayashi, Soonchil Lee, Jarno Jarvinen, Sergey Vasiliev, Hikomitsu Kikuchi, Seitaro Mitsudo
Organizer
ISMAR-APNMR-NMRSJ-SEST 2021
Int'l Joint Research
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[Presentation] Angular rotation ESR measurements of S=1/2 two-dimensional antiferromagnet henmilite2021
Author(s)
Kanata Hayashi, Tomonori Sano, Yusuke Takahashi, Yuya Ishikawa, Takayuki Asano, Hajime Yamamoto, Hiroyuki Kikumra, Terutoshi Sakakura, Yukio Noda, Yutaka Fujii, Seitaro Mitsudo
Organizer
ISMAR-APNMR-NMRSJ-SEST 2021
Int'l Joint Research
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[Presentation] S=1/2反強磁性体Ca2Cu(OH)4[B(OH)4]2単結晶の高周波ESR2021
Author(s)
林哉汰, 佐野巴則, 高橋佑輔, 石川裕也, 浅野貴行, 山本孟, 木村宏之, 坂倉輝俊, 野田幸男, 藤井裕, 光藤誠太郎
Organizer
日本赤外線学会第３０回研究発表会
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