2014 Fiscal Year Annual Research Report
金属のナノサイズ化により出現する強相関現象の実験的探究
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25287076
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
河江 達也 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30253503)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲垣 祐次 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10335458)
辻井 宏之 金沢大学, 学校教育系, 教授 (10392036)
田中 彰則 有明工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (80274512)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ナノワイヤ / 強相関現象 / 強磁性 / 近藤効果 / 超伝導 / 水素トンネル / ブレークジャンクション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極低温度域において試料サイズをバルクからナノサイズまで精密に制御できるブレークジャンクション技術(MCBJ)と磁気抵抗測定を組み合わせることで、非磁性金属をナノサイズ化した際により出現する強相関現象の研究を行い以下の成果を得た。
我々はこれまでに非磁性金属PdワイヤをMCBJ法を用いてナノサイズ化することにより、約30nm以下のワイヤ径で常磁性から強磁性転移に転移することを磁気抵抗測定から見出していた。この一般性を探るため、常磁性金属Agに注目しMCBJ法と磁気抵抗測定を組み合わせその物性を探った。その結果AgでもPd同様、磁気抵抗効果・ヒステレシスがはっきり見られ、Agでも強磁性出現を強く示唆する結果を得た。
極低温MCBJ実験を利用して超伝導金属の試料サイズを変えながら実験を行い、強磁性と超伝導状態の共存・競合効果について調べた。これまでの実験より、Snについては先行研究で報告されるような超伝導状態と磁性が共存・競合するような振る舞いは見られなかった。そこでd軌道が完全に埋まっていないVに注目し研究を行った。その結果、ワイヤ径が細くなると、ジョセフソン電流が急激に減少する、超伝導ギャップ内のアンドレーエフ散乱がはっきり見えない、などが見られた。これら現象はVのナノサイズ化による磁気モーメントの誘起を反映する結果と考えられる。さらに超伝導転移温度以上の原子サイズコンタクト域では、近藤効果の出現を強く示唆するファノ共鳴が見られた。この結果も、原子サイズ域において磁気モーメントの誘起を示唆する。一方、d軌道が完全に占有されたPbでは上記のような異常な超伝導ギャップ内のアンドレーエフ散乱、ファノ共鳴などは見られていない。
Pdナノサイズ化による強磁性を制御することを目的に、表面の水素被覆実験を行った。その結果、T=18Kという低温でも水素はPd表面から内部へトンネル効果によって拡散･吸蔵することが明らかになった。
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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
ブレークジャンクション技術(MCBJ)を用いてAgワイヤをバルクからナノサイズまで連続的に変化させて実験を行ったところ、Pd同様、磁気抵抗効果・ヒステレシスがはっきり見られ、Agでも強磁性を示唆する結果を得た。
また超伝導金属をナノサイズ化して磁性と超伝導の共存・競合効果について調べたところ、Sn, Pbについては超伝導状態と磁性が共存･競合するような振る舞いは見られなかった。しかしd軌道が完全に埋まっていないVでは、ワイヤ径が細くなるとジョセフソン電流が急激に減少する、アンドレエフ散乱がはっきり見えない、微分伝導度に近藤効果を示唆するゼロ電圧異常が出現する、などが見られた。これら現象はV金属のナノサイズ化による磁気モーメントの誘起を反映する結果と考えられる。この結果についてはJ. Phys.: Conf. Ser. 592, 012137(2015)で報告している。
Pdナノサイズ化による強磁性を制御することを目的に、表面の水素被覆実験を行った。その結果、T=18Kという低温でも水素はPd表面から内部へ拡散･吸蔵することが明らかになった。この温度では水素がPdのポテンシャル障壁を飛び越える可能性は非常に低く、熱的な吸蔵･拡散は禁止されていると考えてよい。このことより、本実験で見られたPd内への吸蔵･拡散はトンネル効果に起因していることが分かった。この結果についてはAppl. Phys. Lett, 106, 021605 (2015)に報告している。
以上のような結果より、研究の目的達成に関してほぼ順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで行ってきた実験をさらに他の金属で行うことでナノサイズ化による常磁性―強磁性転移の一般性を探る。具体的にはRh, Irなどd軌道が完全に占有されていない元素に注目し実験を行う。
超伝導状態と磁性の共存・競合効果について深く探るため、Vナノコンタクトに対する磁場効果について研究を行う。さらに転移温度が高いNb, d軌道が占有されたInで実験を行い、これらの系でのジョセフソン電流のサイズ依存、アンドレエフ反射の出現電圧を追跡することで、超伝導金属をナノサイズ化することによる磁性出現の有無、d軌道電子の影響を解明する。
Pdナノサイズワイヤに対する水素被覆実験より、水素はPd内にトンネル効果によって吸蔵･拡散することがわかった。これをさらに解明するためVやNbなどの他の水素吸蔵金属で実験を行う。
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[Journal Article] Unusual Magnetic Ordering Observed in Nanosized S = 1/2 Quantum Spin System (CH3)2NH2CuCl32014
Author(s)
Y. Inagaki, Y. Sakamoto, H. Morodomi, T. Kawae, Y. Yoshida, T. Asano, K. Hosoi, H. Kobayashi, H. Kitagawa, Y. Ajiro, Y. Furukawa
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Journal Title
Journal of the Physical Society of Japan
Volume: 83
Pages: 054716
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 金ナノロッドの磁性2014
Author(s)
稲垣祐次，酒井奈津子，米村弘明，河江達也，山田淳
Organizer
日本物理学会 2014年秋季大会
Place of Presentation
中部大学
Year and Date
2014-09-07 – 2014-09-07
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