超強磁場におけるホフシュタッター準位の観測

• Project/Area Number: 04J11427
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biophysics/Chemical physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Research Fellow: 小笠原 篤史 東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2005: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2004: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: ホフシュタッター準位 / ブロッホ電子 / CDW

Research Abstract

ホフシュタッター準位をCDW系の擬一次元物質NbSe3において観測するには当研究室の電磁濃縮法を用い破壊的な超強磁場下低温での磁気抵抗が観測できなければならない。特にホフシュタッター準位はとても微細なフラクタル的エネルギー準位であるため、液体ヘリウム温度程度の低温にしなければ熱のボケによって観測することは難しい。一方、当グループにおいて過去に電磁濃縮法を用いた実験ではヘリウム温度に冷やすことは不可能であった。それは、超強磁場の発生がパルス状であるため原理的に金属の低温装置が用いれず、また磁場空間が常温で極めて狭く幾何学的に通常の形状の低温装置を設置できないためである。そこで今回FRPを用いたL字型のポンピングクライオスタットの開発を行い成功した。その結果、これまで6K付近が限界であった温度をポンピングを行うことで2.5Kという低温、かつ超強磁場において実験が可能になった。この温度であれば他の様々な測定において飛躍的に広い物理現象を対象としたものとして電磁濃縮法を利用できる。
また、これまではNbSe3の結晶のc軸に対する角度が0での超強磁場磁気抵抗が測定できていたが、今回はじめて90度の角度での超強磁場磁気抵抗を測定した。その結果角度0での結果と同様に超強磁場領域において磁気抵抗の単調減少を観測することができた。90度という磁場の角度はフェルミ面どうしの結合のモデルで考えた時、非常にフェルミ面どうしが結合しにくい角度であると予想できる。この角度で磁気抵抗の単調減少が観測された層ということは90度の角度においてもフェルミ面どうしが結合していることを示唆する。全角度でフェルミ面が結合しなければホフシュタッター準位の観測は出来ないことを考えると、この結果は最終目標の観測するのおいて実現へ大きく近づいたと言うことができる。