2014 Fiscal Year Annual Research Report
マルチフェロイク物質における光に対するローレンツ力の実験的検証
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24244045
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
有馬 孝尚 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (90232066)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 方向二色性 / 電気磁気効果 / 光のローレンツ力 / メタホウ酸銅 / 蜂の巣格子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
メタホウ酸銅は、方向二色性や方向複屈折を示すことが確認されている物質の中で最も大きな効果が観測されており、光のローレンツ力を検証するための対象物質として最も有力である。この物質は正方晶であり、9Kから21Kの範囲でc軸と垂直な方向に弱い強磁性成分を有し、方向二色性や方向複屈折が出現する。磁化ベクトルの向きによって方向二色性や方向複屈折を示す光の伝搬方向が変化することをこれまでに見出してきたが、平成26年度は、パルス強磁場を印加することで磁気モーメントの向きだけでなく、傾きを変化させ、その場合に方向二色性や方向複屈折がどのように変化するのかを研究した。その結果、50テスラの磁場印加によって、一方向に進む光の吸収をほぼゼロにすることに成功した。
これと並行して、マイクロメートル程度のピンホールとナイフエッジ型のビームプロファイラとを組み合わせて、光に働く微小なローレンツ力の検出を行うための実験系の構築を行っている。
また、メタホウ酸銅とは別に、磁性イオンが蜂の巣格子上に配列した磁性体における反強磁性相が方向二色性や方向複屈折を示す可能性に注目し、Co4Nb2O9という物質における軌道秩序、磁気秩序の解析を行った。その結果、想定されているような反強磁性パターンが実現していることが確かめられた。この物質について、様々な方向の磁場を印加した時の電気分極をベクトル分解して測定することに成功した。その結果、印加磁場を蜂の巣格子と平行な面内で回転させることによって、電気分極が磁場と逆向きに回転することを発見した。Co4Ta2O9においても同様の実験結果を得ることに成功した。この結果は、Co4Nb2O9が光のローレンツ力の検証を行う新たな物資系の候補物質となることを意味している。
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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
本研究においては、これまで誰も観測したことのない光のローレンツ力を観測することが最終目的である。その検出のためには、対象物質と光の波長の選択の他に、光路の微小な変化をとらえるための検出系の工夫が不可欠である。微小な光路の変化を観測する一つの手はレーザーを使うことであるが、干渉性がよすぎるために、回折現象が表に出てきてしまい、幾何光学としての現象としてのローレンツ力の観測には不向きであることが明らかになった。
全く別の手法として、干渉性があまりない光を狭いピンホールを通すことで、光路の追跡を容易にすることが考えられる。そこで、X線自由電子レーザーを用いてアスペクト比の高いピンホールを作成するアイデアに到達し、それを実行することで、光のローレンツ力現象の検出感度をこれまでと比較して一ケタ以上上げることができる見込みが立った。このような経緯から、おおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２６年度までに構築した実験系の測定精度を見積もったところ、正方晶であるメタホウ酸銅をc軸方向に伝搬する光について、50 mT程度の磁場下でのローレンツ力が観測できる見込みが立った。そこで、平成27年度は、大型で単ドメインのメタホウ酸銅単結晶を選びだし、構築した実験系を用いて、光のローレンツ力を実際に検出することを計画している。また、蜂の巣格子状反強磁性体について、光の方向二色性と方向複屈折のスペクトルを測定することによって、光のローレンツ力の検出に向いた波長領域を探し出す。
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