| 研究領域 | 1000テスラ超強磁場による化学的カタストロフィー ：非摂動磁場による化学結合の科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
23H04861
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
池田 暁彦 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (90707663)
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| 研究分担者 |
野村 肇宏 静岡大学, 理学部, 講師 (20845987)
米澤 進吾 京都大学, 工学研究科, 教授 (30523584)
野原 実 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 教授 (70272531)
大池 広志 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主任研究員 (70725283)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2028-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
168,740千円 (直接経費: 129,800千円、間接経費: 38,940千円)
2026年度: 21,450千円 (直接経費: 16,500千円、間接経費: 4,950千円)
2025年度: 25,870千円 (直接経費: 19,900千円、間接経費: 5,970千円)
2024年度: 66,820千円 (直接経費: 51,400千円、間接経費: 15,420千円)
2023年度: 35,360千円 (直接経費: 27,200千円、間接経費: 8,160千円)
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| キーワード | 1000テスラ / スピンカタストロフィー / 強相関電子系 / 構造相転移 / 準安定相 / ポータブル100テスラ / 磁気光学効果 / 準安定状態 / 誘電体 / 1000テスラ超強磁場 / スピン格子結合 / ファイバー磁気光学系 / X線自由電子レーザー / ダイマー量子スピン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電子スピンはすべての物質の構造安定性において重要な役割を果たしており、特にスピン格子結合が強い固体物質では1000テスラ強磁場を用いたスピン操作により新結晶構造発現などのスピンカタストロフィー(非摂動論的な巨大応答)が期待される。本研究では近年利用可能となった1000テスラ環境を用いて固体中のスピン操作を行い、スピン駆動の破壊的結晶構造変化から化学的カタストロフィーにおけるスピン格子結合の役割を解明する。
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| 研究実績の概要 |
本計画研究の最終目的は、スピン格子結合を有する固体において、超強磁場による構造不安定性の誘起と新結晶構造の発現を見いだすことである。2024年度に、122構造を有し温度変化によって直方晶間構造転移（cT-ucT）を起こす物質において、その転移温度を遷移金属サイトの組成比によって制御することに成功した。2024年度に超100テスラ結晶構造観察技術がはじめて安定的に達成された。2023年度までに100テスラの発生を達成していたが、装置の放電特性が不安定であり、実験手法として確立していなかった。世界で唯一の超100テスラX線実験環境を日本で達成した。1000テスラ超強磁場は直径5mm程度の限られた体積に発生する。固体物性計測を小さなスペースで達成できれば、1000テスラ物性計測の実現可能性が高まる。2024年度は100ミクロン程度の直径を持つシングルモード光ファイバーを利用し、磁気光学効果計測系を立ち上げている。予備サンプルを用いて、パルス磁場中におけるカー効果による磁化の予備的計測に成功した。1000テスラ超強磁場はマイクロ秒程度しか発生せず、物質の超強磁場結晶状態をゼロ磁場まで維持することは通常困難である。一方で熱パルスと磁場パルスを同期することにより、超強磁場状態をゼロ磁場までクエンチする実験系を構築している。2024年度までに、100テスラパルスと熱パルスを同期するための自作プローブを作成し、テストを行った。プローブ回路に磁場が入り込む問題を、配線の工夫により解決した。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本計画研究の最終目的は、スピン格子結合を有する固体において、超強磁場による構造不安定性の誘起と新結晶構造の発現を見いだすことである。この微視的な検証にはX線プローブ萌芽必須であるが、研究計画の2年目早々にこれが達成されたことは有意である。2024年度に装置の抜本的分解と組み立てを経て、さらに、適切な放電手順を見いだした。これにより、X線自由電子レーザーパルスと同期して110テスラを安定的に発生することに成功した。さらにサンプルの10ケルビンまでの低温環境も達成した。これを利用してコバルト酸化物の100テスラ誘起スピンクロスオーバー、および、固体酸素の100テスラ誘起相転移のX線観察を行った。どちらも大きな構造変化を観測できた。また、構造のみならず、1000テスラにおける磁化、電気抵抗等のマクロ物性計測技術も急速に整備が進んだ。さらに未踏である超強磁場状態のクエンチ法についても着実に実験方法の開拓が進んだ。
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| 今後の研究の推進方策 |
本計画研究の最終目的は、スピン格子結合を有する固体において、超強磁場による構造不安定性の誘起と新結晶構造の発現を見いだすことである。122構造を有する物質については、今後、100テスラ物性実験、1000テスラ物性実験を進めることで、磁場中で構造相転移を起こす組成を特定する。100テスラX線法については、磁場中の構造変化が疑われる、固体酸素、フラストレート磁性体の計測に進む。
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