| 研究課題/領域番号 |
15H03800
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| 研究機関 | 大阪市立大学 |
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研究代表者 |
塩見 大輔 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (40260799)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | キラリティー / ESR / 円偏波 / SQUID / 磁化率 / ラジカル |
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| 研究実績の概要 |
キラリティをもつ磁性体には，特異な磁気キラル効果が期待される．従来のキラル磁性研究は，もっぱら光学遷移に現れる効果（磁気光学効果）を指向して調べられてきたが，本研究ではスピンを直接捉えつつキラリティを磁気分光学的に評価できる，実用レベルでのキラルな電子スピン共鳴（ESR）法を提案した．マイクロ波を円偏波（円偏光）化して試料に照射しつつ，定常的な縦磁化を検出することにより，ESRの共鳴信号を縦磁化の変化量として測定することとした．初年度である今年度は，まず，電磁場シミュレーションを行ない，純粋な円偏波を試料に照射するために最適な導波管の形状を探索した．一般に，円筒導波管の一端に円偏波を励振した場合は，円筒内の中心軸上では横波としての円偏波が進行するが，中心から離れ内壁に近づくにつれて，だ円偏波成分の混入や振動面の傾斜が生じると予想される．これらは，有限の大きさをもつ試料の一部で静磁場と振動磁場の直交性が保たれない，あるいは，直線偏波成分が混入しただ円偏波が照射されるといった不具合が生じることを意味する．導波管の内径と長軸方向の長さは，既存の磁化率測定系の試料空間の実寸に合わせた範囲とし，マイクロ波の波長は，導波管の管内波長に応じた範囲で調節するパラメーターとした．シミュレーションで得られた振動磁場の複素振幅から，導波管内部のだ円率を空間分布として算出した．円筒導波管の一部にコーン状の内径傾斜を与えて，いわゆるホーンアンテナ状のコネクタを経由させることにより，だ円偏波成分の混入が著しく軽減されることがわかった．導波管内径（＝試料の最大外寸）が6 mmの場合，マイクロ波周波数を69 GHzとすると，だ円偏波成分の混入はtan(だ円率)＜0.05程度まで低減できた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
電磁場シミュレーションにより，円筒導波管の基本的な形状設計を当初の予定どおりに行なうことができた．円筒導波管の一部にコーン状の内径傾斜を与えると，だ円偏波成分の混入が低減できたことは，予想の範囲内であったが，ヒーターやヘリウムガス導入のための開口部の形状はこのシミュレーションでは考慮されていないため，これらの微小な構造に由来するマイクロ波の反射波の干渉の影響については，今後さらに検討する必要がある．また，導波管の先端に電波吸収材または無反射終端を取り付けた場合に，どの程度まで反射波の影響を抑えることができるか，定量的な見積りが必要である．
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| 今後の研究の推進方策 |
導波管の管端やヘリウムガス導入口でのマイクロ波の反射の影響を電磁場シミュレーションによって調べる．また，これらの反射が，電波吸収材でどの程度抑えられるかも，併せて検討する．最適化した形状設計にもとづいて，円筒導波管クライオスタットを試作する．材質は高純度チタン材とするが，内壁表面での散乱が円偏波の振幅の影響を与える可能性があるため，内面の研磨加工を検討する．また，壁面の導体損失による発熱を抑えるために，管材の一部を銅・シリコン合金に置換することを検討する．
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