| 研究課題/領域番号 |
19H01832
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
井原 慶彦 北海道大学, 理学研究院, 講師 (80598491)
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| 研究分担者 |
柳澤 達也 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (10456353)
松井 一樹 東京大学, 物性研究所, 特別研究員 (20826226)
吉田 紘行 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (30566758)
福岡 脩平 北海道大学, 理学研究院, 助教 (80746561)
小濱 芳允 東京大学, 物性研究所, 准教授 (90447524)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | パルス強磁場 / 強磁場物性 / 核磁気共鳴 / 超音波測定 |
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| 研究実績の概要 |
研究計画2年目となる2020年度は、これまで20テスラが限界であった小型パルス磁場発生装置のマグネットを改良することで発生可能磁場の上限をさらに更新するとともに、初年度で立ち上げた先端計測装置を実際の物質系について適用し、強磁場物性開拓を進めた。
パルス磁場発生装置開発においては、マグネットの改良により最大磁場を26テスラ超まで拡張した。これは国内の定常磁場の最大値に迫るのものであり、これまで研究室レベルでは測定が難しかった重い電子系物質やマルチフェロイック物質における磁場誘起異常磁気相が測定対象に入ったという点において非常に大きな意義がある。
強磁場物性開拓については、特にマルチフェロイック物質に着目し、NMR法を用いて強磁場中で実現する磁気状態の磁気構造解明を推進した。単結晶試料に対する磁場印可方向を制御した詳細な測定を行い、特定の結晶軸方向に磁場を印可した場合先行理論研究から予測されている磁気構造では説明できないNMRスペクトルが観測されることを明らかにした。当該磁場方向における理論予測との不一致は、誘電率や超音波測定からも報告されており、NMRスペクトルから得られた微視的情報がこの問題を解決し研究進展に貢献できると期待される。
この他にも強磁場中で特異な物性が期待される新奇量子磁性体に対して定常低磁場のNMR測定を行い、次年度以降にパルス強磁場領域での測定を行う準備を進めた。また、発展的な研究の進展として、大阪大学先端強磁場科学研究センターに新たに導入された大型パルス磁場発生装置（ロングパルス）を使ったパルス磁場NMR測定装置を整備した。これによりアクセスのよい小型パルス磁場発生装置を中心に、より高い磁場領域の測定は東京大学物性研究所を、より広いNMRスペクトル線幅を持つ試料に対しては大阪大学先端強磁場を利用できるようになり、測定対象試料の幅が大きく広がった。
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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
2020年度は、小型パルス磁場発生装置の改良により最大磁場を増強すると共に、これまでに立ち上げた先端測定手法を用いた強磁場物性開拓を行う計画となっていた。磁場発生に関しては、マグネットを改良することですでに26テスラを達成している。これは研究室レベルで扱うことができる磁場としてはすでに最大級であり、新物質開発と合わせて強磁場物性開拓の可能性を大きく拡張できた。残りの研究期間でマグネット構造をさらに微調することで、最終目標とする30テスラの達成は十分可能であると考えられる。
また、先端測定手法を用いた強磁場物性開拓に関しては、マルチフェロイック物質を対象にパルス磁場中NMR測定を利用した微視的測定を行い、強磁場中で安定化する磁気構造の
微視的な情報を引き出すことに成功した。この他にも重い電子系物質では超音波測定を中心に20テスラ超の磁場領域における強磁場物性の測定が進行中であり、次年度以降測定が完了次第NMR測定へと段階を進める準備が整っている。
さらに、量子磁性体についても強磁場領域に異常を持ついくつかの物質について、定常低磁場の予備測定を開始しており、多彩な物質群に対して強磁場物性を開拓する準備が進んでいる。これらの進捗状況から、本研究計画はパルス磁場中先端測定を行う装置開発段階から、開発した測定装置を用いた強磁場物性開拓の段階へと順調に移行しており、全体として研究計画はおおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度以降では、継続的にパルス磁場発生装置の改良を行い、さらに高い磁場の発生を目指すと共に、研究の重心を強磁場物性開拓へと移し、これまでに開発してきた先端測定手法を多角的に用いることで、多彩な物質群における強磁場物性の解明を目指す。
すでに研究が進んでいるマルチフェロイック物質については、NMRスペクトルの解析から得られた微視的な磁気構造に関する情報を、超音波や誘電率など他の測定手法の結果と比較すると共に、理論予測との比較も行い、磁場中における複雑な磁気相の微視的な理解を進める。
重い電子系物質については、すでに超音波測定を始めているセリウム系物質に加えて、
ウラン系物質の測定にも挑戦する。これらの物質系では多極子が関与する多彩な磁場誘起相の発現が予測されている。熱・超音波・NMR測定がそれぞれ異なる対称性を持つ秩序パラメータと結合できるという特色を活かし、これらの測定を相補的に用いることで対称性の観点から磁場誘起相の起源を明らかにする。複雑に入り組んだ温度―磁場相図を示すこれらの物質では、強磁場領域を探索すると共に、広い温度範囲での物性測定も必要となってくる。これまでは液体ヘリウムクライオスタットを用いて、限られた温度点でのみ測定を行っていたが、今後はクライオスタットを改良し、温調機能を追加することで広い温度範囲での計測が可能な装置開発も行っていく予定である。
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