2023 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 埼玉医科大学, 医学部, 講師 (90781998)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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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。
前年度までに、当初目的の対象化合物CuPzNについて、神戸大学と共同で、試料に対する磁場印加方向を精密に制御した状態で、室温から極低温までの詳細な測定を行った。室温から数10 Kまでの広い中間温度領域においてもESRスペクトル分裂に温度変化が存在することを見いだし、その定量的データを得た。また、ほかの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液体4He領域で行った。また、希釈冷凍機の冷媒（3He-4He混合ガス）の漏れが発生したために、その対応を行うことを優先して超低温での測定がストップした。そこで、希釈冷凍機ミリ波ESR装置を高感度化するために海外の共同研究者とともに、ヘテロダイン検波方式のミリ波ESR測定システムのセットアップを開始した。すべての導波管を入れ替える必要があり当該年度は主にこの作業をすすめた。
分担者による理論研究においては、低温における量子スピン鎖モデルを舞台とした量子臨界現象やダイナミクスに関する研究をすすめている。隠れたスピンネマティック液体状態や量子臨界相の対称性による保護に関する知見を得た。当該年度は磁気異方性の電場印加効果に関する研究を学術論文として公表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
室温から数10 Kまでの広い中間温度領域においてもスペクトル分裂に温度変化が存在することは、当初予定していなかったものであるが、興味深い発見である。
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。具体的には冷媒である3He-4He混合ガス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入手できていない。そこで、現有の希釈冷凍機の混合ガスをいったん分留して利用する計画を立てて、新たなガス保管タンクを作製するなどの作業を行っている。また、希釈冷凍機ミリ波ESR装置を高感度化するために、海外の共同研究者とともに、ヘテロダイン検波方式のミリ波ESR測定システムのセットアップを開始した。すべての導波管を入れ替える必要があり作業量が多く、時間を要している。
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| Strategy for Future Research Activity |
室温から数10 Kまでの広い中間温度領域におけるスペクトル分裂に温度変化について、理論的研究による説明を試みる。
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。ピエゾアクチュエータは購入できたためこの開発を加速する予定である。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。
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| Causes of Carryover |
実験装置の不具合修理と更新に予想以上の時間を要しているため、次年度に実験を実施することとした。
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[Presentation] ESR and NMR studies of S = 1/2 low-dimensional antiferromagnet Ca2Cu(OH)4[B(OH)4]22023
Author(s)
Kanata Hayashi, Yutaka Kurachi, Yuya Ishikawa, Shunsuke C. Furuya, Takayuki Asano, Seitaro Mitsudo, Hikomitsu Kikuchi, Hajime Yamamoto, Hideyuki Takahashi, Eiji Ohmichi, Susumu Okubo, Hitoshi Ohta, Yutaka Fujii
Organizer
International Society of Magnetic Resonance 2023 (ISMAR2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 一次元系反強磁性体henmiliteにおけるESR局在モードの観測2023
Author(s)
林哉汰, 倉知豊, 石川裕也, 古谷峻介, 浅野貴行, 光藤誠太郎, 菊池彦光, 山本孟, 高橋英幸, 大道英二, 大久保晋, 太田仁, 藤井裕
Organizer
日本物理学会第78回年次大会
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[Presentation] 一次元系反強磁性体 Ca2Cu(OH)4[B(OH)4]2 における ESR 局在モードの観測2023
Author(s)
林哉汰, 倉知豊, 石川裕也, 古谷峻介, 浅野貴行, 光藤誠太郎, 菊池彦光, 山本孟, 高橋英幸, 大道英二, 大久保晋, 太田仁, 藤井裕
Organizer
第一回東西日本強磁場科学研究会（第十回西日本強磁場科学研究会）
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[Presentation] Development of cryogenic and high-frequency magnetic resonance apparatus2023
Author(s)
Yuya Ishikawa, Kanata Hayashi, Hideyuki Takahashi Akira Fukuda, Kohei Hirozawa, Takero Ito, Seitaro Mitsudo, Takayuki Asano, Hikomitsu Kikuchi, Yoshinori Tatematsu, Sergey Vasiliev, Eiji Ohmichi, Hitoshi Ohta, Yutaka Fujii
Organizer
International Conference on Sustainable Development of Coastal Area Resources Based on Local Wisdom
Int'l Joint Research
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[Presentation] 超低温高周波磁気共鳴装置の開発と応用2023
Author(s)
藤井裕, 石川裕也, 林哉汰, 大橋央宜, 倉知豊, 廣澤康平, 光藤誠太郎, 福田昭, 大岩顕, Xiao-Fei Liu, Gulak Maia Gabriel, Sergey Vasiliev
Organizer
日本赤外線学会 第32回研究発表会
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[Presentation] 二本足梯子格子Ca2Cu(OH)4[B(OH)4]2におけるESR局在モードの観測の可能性2023
Author(s)
林哉汰, 倉知豊, 石川裕也, 古谷峻介, 浅野貴行, 光藤誠太郎, 菊池彦光, 山本孟, 高橋英幸, 大道英二, 大久保晋, 太田仁, 藤井裕
Organizer
日本赤外線学会 第32回研究発表会
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[Presentation] 低次元磁性体を対象とした極低温・高周波磁気共鳴装置の開発2023
Author(s)
石川裕也, 林哉汰, 高橋英幸, 山本孟, 福田昭, 古谷峻介, 廣澤康平, 伊藤丈朗, 光藤誠太郎, 浅野貴行, 菊池彦光, 立松芳典, Sergey Vasiliev, 大道英二, 太田仁, 藤井裕
Organizer
第33回日本MRS-J年次大会
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