2015 Fiscal Year Annual Research Report
超高圧・極低温・精密磁場制御環境の実現と核磁気共鳴測定による量子相転移の研究
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26707018
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
北川 健太郎 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 講師 (90567661)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / 超高圧 / 核磁気共鳴 / 重い電子系 / 量子臨界物性 / 新物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題「超高圧・極低温・精密磁場制御環境の実現と核磁気共鳴測定による量子相転移の研究」では、核磁気共鳴（NMR）実験としては未到達の多重極限環境の構築を行い、種々の強相関電子系物質の超高圧下量子相転移の研究を行うことを目的としてきた。
ここで報告する２年次では、当初の研究方策通り、ステッピングモーター駆動の磁場中２軸回転機構と3He循環冷凍機能を備え、それらと組み合わせる形で外径29mmの17万気圧級超高圧セルを使用可能なNMR・バルク測定プローブ及び温度可変インサート（現在までの実績は0.66-400 K）を年度中頃に完成させた。つまり、「超高圧・極低温・精密磁場制御環境」を予定通り実現させ、そのような環境でのNMR実験を初めて可能にした。インサート全体の寒剤消費量は全ての温度域で液体ヘリウム10L/日であり、FRP化などで今後減らすことも可能である。
この新しい実験装置は稼働中であり、いくつかのNMR研究が進行中である。現在Kitaev型量子スピン液体(QSL)の可能性が活発に追求されているハニカム型Ir酸化物系に着目しており、ドイツMaxPlanck研究所との共同研究で開発されたいくつかの新物質をNMR実験により検証中である。特に、H3LiIr2O6において初のKitaev QSLが実現していると思われる予備的実験結果が得られた。NMRスペクトラムの線幅で評価したところ、最低温度の0.8 Kまで静的な内部磁場は0.01ボーア磁子以下であり、これまでで最もきれいな量子スピン液体物性を見出した。スピン格子緩和率からは低磁場ではギャップレスである一方、高磁場ではギャップ的な励起が観測された。この成果は学会といくつかの招待講演で発表済みであり現在論文に取りまとめている。
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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
一番の山となる「超高圧・極低温・精密磁場制御環境」を高いレベルで完成させたところである。昨年３月の異動に伴い研究時間にロスを生じているものの、開発のコストパーフォーマンスは非常に良い上に、年度後半からの物性NMR研究の進展状況はおおむね妥当なものと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、装置の独自性を高めるべく、3He-4He希釈冷凍の機能を組み込んで試運転しているところである。実運用としては、これまでの研究で見出したKitaev型量子スピン液体研究をさらに発展すべく、より結晶構造が明確なハニカム型Ir酸化物α-Na2IrO3の超高圧下物性を測定する予定である。さらに、新規高圧下超伝導MnPのNMR測定を予定しており、超伝導機構の詳細や高圧磁気相の知見を得る予定である。
最終年度となる本年度は、これらの結果の国内外での会議発表（日本物理学会、トルコICSM2016等）及び論文取り纏めを行う。
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[Presentation] CeCu2Si2の強磁場・高圧下における価数状態の研究2016
Author(s)
藤原賢二, 須和田裕貴, 本山岳, 三好清貴, 小林達生, 北川健太郎, 佐々木孝彦, 後藤貴行, S. Seiro, C. Geibel, F. Steglich
Organizer
日本物理学会第71回年次大会
Place of Presentation
東北学院大学泉キャンパス（宮城県仙台市）
Year and Date
2016-03-22 – 2016-03-22
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[Presentation] X線吸収分光・NMR測定による近藤半導体SmB6の高圧下電子状態2016
Author(s)
江見直哉, 小山岳秀, 西山功兵, 上田光一, 水戸毅, 水牧仁一朗, 河村直己, 石松直樹, 北川健太郎, 加賀山朋子, H. Nguyen, 清水克哉, 伊賀文俊, N. Shitsevalova
Organizer
日本物理学会第71回年次大会
Place of Presentation
東北学院大学泉キャンパス（宮城県仙台市）
Year and Date
2016-03-21 – 2016-03-21
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[Presentation] 小さな半導体ギャップを持つSm系化合物における電子状態 SmB6の価数・磁性・ギャップ2015
Author(s)
水戸毅, 江見直哉, 西山功兵, 谷口太一, 小山岳秀, 上田光一, 小原孝夫, 水牧仁一朗, 河村直己, 石松直樹, 北川健太郎, 小山内湧人, 林健人, 伊賀文俊, N. Shitsevalova
Organizer
日本物理学会2015年秋季大会
Place of Presentation
関西大学千里山キャンパス（大阪府吹田市）
Year and Date
2015-09-19 – 2015-09-19
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