ギガヘルツ超音波による強相関低次元電子状態の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13640345
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 松井 広志 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (30275292)
• 研究分担者: 豊田 直樹 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50124607)
• キーワード: 超音波 / マイクロ波 / ギガヘルツ超音 / 有機伝導体 / 強相関電子系 / 超音波吸収

研究概要

ギガヘルツ帯の超音波計測は、マイクロ波技術と超音波技術を兼ね備えたものであり、これまでほとんど物性研究に利用されていない。本研究計画では、ギガヘルツ超音波の励起と受信を目指して、装置の試作を行ってきた。無酸素銅でQ値が高いリエントラント空胴共振器を製作し、電場が最大になる場所に水晶、或いは、LiNbO_3のロッドを挿入して、超音波シグナルの励起・受信を試みた。度重なるテストから、2個のリエントラント空胴共振器を対向させたとき、共振周波数が温度の低下によりずれ始め、低温での調整が求められた。我々は、室温フランジから、3種類の調整機構を導入して、高いQ値を保った状態で、共振周波数を同調する機構を開発することに成功した。ここに至るには、相当の労力と工夫が必要であった。2個の共振器の共振周波数は、約9GHzとなり、数kHzの精度で同調でるようにした。また、共振周波数は、30K以下では温度変化がなかった。本年度新たに、計測システムの受信側にPINダイオードスイッチを導入して、ドライブパルスの影響を取り除いた。また、検出感度の向上をねらい、スーパーヘテロダイン検波を行えるようにした。中間周波は任意に選べるが、60MHz程度にして、現有の超音波装置と連動できるようにした。これにより、ダイナミックレンジが100dB程度まで拡大でき、最小検出パワーも-80dBmとなった。その結果、長さ1cmのXカットの水晶ロッド(φ2mm)中に縦波を励起することに成功した。観測されたエコーシグナルは、第1エコーのみであったが、吸収係数の温度変化は、T^3に比例しており、縦波フォノン散乱に起因する。しかし、試料を挿入して計測するところまでは2年間で至らず、さらに感度の向上が必要である。また、パワーアンプで入力パワーをさらに20dBほど増幅する必要性がある。今後本研究計画で試作したシステムを異方的超伝導体、ナノ物質、有機物質に応用する。

研究成果

• [文献書誌] T.Suzuki, H.Matsui, et al.: "Antiferromagnetic resonance in λ-(BEDT-TSF)_2FeCl_4"Phys.Rev.B. 66. 020408 (2002)
• [文献書誌] N.Toyota, H.Matsui, et al.: "Nonlinear electrical transport in λ-(BEDT-TSF)_2FeCl_4"Phys.Rev.B. 66. 033201 (2002)
• [文献書誌] 豊田直樹, 松井広志: "準二次元導体λ-(BEDT-TSF)_2FeCl_4における異常金属状態"日本物理学会誌. 57・8. 575-580 (2002)
• [文献書誌] T.Matsumoto, H.Matsui, N.Toyota, et al.: "Crystal structures and electrical conducting and magnetic properties in the plate crystals"J.Solid State Chem.. 168. 408-417 (2002)
• [文献書誌] S.Takagi, H.Matsui, N.Toyota, et al.: "^<77>Se NMR evidence for the development of antiferromagnetic spin fluctuations of π-electrons in λ-(BEDT-TSF)_2FeCl_4"J.Phys.Soc.Jpn.. 72・3(印刷中). (2003)