| 研究課題/領域番号 |
18H01163
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
小濱 芳允 東京大学, 物性研究所, 准教授 (90447524)
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| 研究分担者 |
黒江 晴彦 上智大学, 理工学部, 准教授 (40296885)
橘 信 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (40442727)
神原 陽一 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (50524055)
井原 慶彦 北海道大学, 理学研究院, 講師 (80598491)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 強磁場 / NMR / ラマン / 新奇秩序相 / 熱測定 / 電気抵抗 / パルス磁場 / 磁性 |
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| 研究実績の概要 |
本申請の目標は以下の３つである：『１．パルス磁場下NMR測定手法の確立』、『２．パルス磁場下でのラマン測定系の開発』、『３．強磁場下での新奇現象の発見』。２０１９年度はこれらの目標達成を目指し、１および３については予想以上の成果を挙げた。２については予定よりも遅れているが、来年度の成果が期待できる為、本申請は"おおむね順調に進展している"と考えている。
１つ目の目標であった『パルス磁場下NMR測定手法の確立』については、２０１８年に本研究グループで達成した４５テスラ強磁場下NMR測定の記録を破り、５３テスラでのNMR測定に成功した。ここで開発したNMR測定装置は、６０テスラまでNMRスペクトル測定が可能であり、研究目標を達成したといえる。加えて世界初となる、パルス磁場下スピン格子緩和時間（T1)測定も、本申請で達成した。これらの研究結果は、パルス磁場下NMRによる日本初の物性物理の論文として投稿目前であり、極めて順調といえる。更に開発したパルス磁場下NMRの応用研究も開始した。これは医療現場で使われているMRI(核磁気共鳴画像法)であり、これも今後の更なる展開が期待できる。
２つ目の目標であった『パルス磁場下でのラマン測定系の開発』については、研究が進むにつれ、チャレンジングな研究題目であることが分かってきた。しかし分担者の黒江を中心に、測定セットアップの構築が進んでおり、テスト測定に進める段階に近づいている。令和2年度の完成を目指して研究を進めていく。
３つ目の目標の『強磁場下での新奇現象の発見』は、既に確立しているパルス磁場下比熱や非接触電気抵抗測定手法を用い、網羅的に研究することで多くの結果が得られた。これはボルボサイトやLiCuVO4におけるスピンネマテック相の発見、UTe2の電子比熱係数の研究が挙げられる。成果が上がっており、この目標も達成できたと考えている。
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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
パルス磁場下でのNMR測定は、測定可能な磁場範囲を６０テスラまで拡張させることに成功した。さらに籠目スピン系における、量子プラトーのNMRスペクトル測定にも５３テスラまで成功し、物性研究の成果が得られている。新たな研究領域を切り開くことに成功しており、本研究トピックスの一つであるパルス磁場下でのNMR測定については『計画以上に進展している』といえよう。
一方強磁場下でのラマン測定は、技術的に困難なチャレンジになる事が分かってきた。それでもパルス磁場下で必要な測定精度を確保すべく、2019年度は測定系の改良を進めている。ここでは１０W級レーザーや、特殊な光ファイバー、そしてGRINレンズなどを利用することで、パルス磁場における根源的問題である『振動ノイズ』に強い光学系を開発した。やや遅れてはいるものの、来年度での進展が十分期待できるといえよう。
『強磁場下での新奇現象の発見』については、申請者が開発した“強磁場下での比熱測定・電気抵抗率測定”を用い、多くの研究成果が量産された。2019年度は熱量測定の成果だけでもPRL、PRB、PRResearch、JPSJ、PNASにそれぞれ1報の論文を発表でき、これは計画以上の成果といえよう。電気抵抗測定についても、RSI、PRResearch、Nano Letter誌などの論文を発表できており、十分な成果が上がっている。査読中の論文も多く、来年度は更なる成果が期待できる。
全体として2019年度は、代表の小濱と分担の井原、黒江、神原、橘により、関連する１５報の論文を発表した。他にも計２５回学会で発表し、米国仮出願を１件行い、図書を１報出版した。これらは順調に計画が進行していることを示しており、進捗状況は良好である。このため、本申請はおおむね順調に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度は『NMR測定手法のパルス強磁場領域での確立』を更に進め、そして遅れていた『パルス磁場下でのラマン分光測定』も進行させることで、本申請の目標である強磁場下での新しい研究手法の確立をめざす。これと同時に開発済みの技術である『強磁場下での比熱および電気抵抗測定手法』を用い、強磁場領域での物性研究を推進していく。
『NMR測定手法のパルス強磁場領域での確立』についてはこれまで通り、分担者の井原と協力しつつ、更にドレスデンの強磁場施設のHannes Kuhne博士を加えた3者による連携をスタートさせる。既に強固な協力体制の確立に向け、前年度に3者での交流を進めており、2020年度は3者の技術を併せた飛躍的な技術発展が見込まれる。ここで確立する技術は、秒スケールのパルス磁場が発生できるロングパルス磁場へ応用していく。これにより、パルス磁場下NMRによって測定可能となる物質群が拡大される。
『パルス磁場下でのラマン分光測定』については、光ファイバーを使った振動に強いラマン分光系の確立と、そのパルス磁場でのテストを測定を進める。２０１９年度に１０W級のレーザーや特殊な光ファイバーなどの調達が終わり、パルス磁場という極限環境でのラマン測定を執り行う準備が進んできた。これらを組み合わせることで、2020年度中にパルス磁場下でのラマン測定の成功を目指す。
『強磁場下での新奇現象の発見』は申請者が開発した“強磁場下での比熱および電気抵抗測定手法”により、既に重い電子系化合物や磁性体において多くの成果を出してきた。２０２０年度はこのような物質に加え、ワイル磁性体や半金属などの物質群の測定を進めていく。そして開発を進めているパルス強磁場NMRやラマン分光測定手法も組み合わせ、これまで観測されていなかった磁場誘起現象の発見を目指す。
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| 備考 |
研究代表者の小濱の業績（論文・図書・特許）は、上の２つのHPにまとめられている。
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