| 研究課題/領域番号 |
18K03520
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| 研究機関 | 高知大学 |
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研究代表者 |
西岡 孝 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (10218117)
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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 | 希土類化合物 / ベクトル磁化測定 / 磁気異方性 / GM冷凍機 |
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| 研究実績の概要 |
特異な結晶構造を有する希土類化合物の磁性：斜方晶YbFe2Al10型TbRu2Al10は，15.0 Kのネール温度をもつ反強磁性体であり，3つの主軸すべてでメタ磁性転移を示す。平成30年度に行った予備的な実験をさらに推し進めて， 4 Kでほぼ完全な磁気相図を決定することに成功した。 この磁気相図から、次の3つの結論が得られた。（1）3つの主軸のメタ磁性は互いに関連している。（2）TbRu2Al10は，c軸と極角 θ ~ 45° に磁化容易軸があり，θ = 90° に磁化困難軸がある一軸磁気異方性である。ここで，極座標の極軸はc軸である。（3）スピン方向の相転移は、θ= θ0, 90°, 180°-θ で発生する。そのほかに，強磁性近藤化合物 α-ThSi2型Ce2-x (x < 0.4), Ce2-xAlx (x < 0.1) を作成し，従来の報告とは異なり，いずれもα-ThSi2型を維持しているだけでなく，強磁性転移の異常な振る舞いが観測された。
反転型冷凍機の開発：冷凍機と電磁石を組み合わせたベクトル磁化測定を実現するには冷凍機を反転させて，トップローディング方式にする必要がある。平成30年度にカスケード方式によるトップローディング型冷凍機をほぼ完成した。しかし，わずかな量であるもののヘリウムガスは回収せずに大気中に捨てていた。ヘリウムが入手が難しくなっている状況に対応するために，ヘリウムガスをクリーンな状態で回収できるシステムの開発を行った。
冷凍機による断熱法比熱測定の開発：冷凍機は機械的振動が避けられないために断熱法比熱測定は絶対値を正確に測定できるという利点があるにもかかわらず，冷凍機で断熱法比熱測定はなされてこなかった。平成30年度に冷凍機による0.5Kまでの断熱法比熱測定が成功したので，それに最適な3He冷凍機の設計を行い，性能試験を行っている段階である。
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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
試料作成：平成30年度に多くの試料を作成したので，令和元年度は試料依存性を調べるためにYbFe2Al10型TbRu2Al10 を新たに2つ作成し，α-ThSi2型Ce2-x (x < 0.4), Ce2-xAlx (x < 0.1) の多結晶をアーク溶解で作成した。
ベクトル磁化測定：今までに開発したベクトル磁化測定を用いていくつかの試料のベクトル磁化測定を行った。ベクトル磁化測定とは磁化の磁場に平行な成分だけでなく垂直な成分も同時に測定することで，磁化をベクトルとしてとらえることができる。さらに，磁化の磁場依存性，温度依存性だけでなく，角度依存性も精密に測定することができるという特徴がある。令和元年度は平成30年度に行っていたTbRu2Al10の不足部分と再現性の確認を徹底的に行い，国際会議で報告を行った。
装置開発：令和元年度に試みたことは，冷凍機におけるヘリウムの完全回収と全方位冷却型1K冷凍機の開発である。前者はほぼ成功し，後者は若干の問題点があるものの開発の見通しが立ったといえる状況である。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の主要点は，試料作成，物性測定，装置開発，成果公表であるが，実験研究は，現在，大学から研究自粛が求められているため，成果公表を中心に行っていきたい。
試料作成：新たに単斜晶RAlGe (R=Ce - Gd) の単結晶の作成を行う。これは，強磁性近藤化合物CeSi2関連で興味がもたれる。単結晶育成はAlフラックス法で行うので，技術的に新しい点はないが，試料に応じた最適育成条件を模索する必要がある。
ベクトル磁化測定：ベクトル磁化測定器を用いた磁化測定を進めていく。平成30年度で測定が中途半端であった α-ThSi2型RAlSi(Ce-Gd)に加えて，新たに作成する予定のRAlGeの測定を行う。これらの物質はZintleそうである可能性が指摘されている。
装置開発：トップローディング型1K冷凍機の最適化を行い，電磁石に組み込んでベクトル磁化測定のシステムの開発を行う。また，Zintle相の検出に不可欠なホール効果，磁気抵抗の角度依存性のシステムを製作する。
成果公表：物理学会で報告するのはもちろんのこと，国際会議，専門雑誌への投稿を積極的に行う。また，ホームページによる情報発信も行っていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
予算はほぼ予定通り使用したが，消耗品等でかなり節約した結果，若干の繰越金が発生した。本年度は，ベクトル磁化測定器のモーター関連と，圧力セル関係でほぼ使用する予定である。国際会議が延長になったり，物理学会がオンライン開催になったりする多面，旅費に余剰金が発生する可能性があるが，高騰しているヘリウムガスや試料作製の原料にあてたい。
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