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本研究では、希釈冷凍機温度(数十ミリケルビン)までの極低温領域での、数十マイクログラム級の微小単結晶試料の磁化の精密測定を可能にする装置を開発することを目的とした。現在極低温領域の磁化率測定手法として最も信頼性の高い、グラジエント型超伝導マグネットを用いたキャパシタンス法によるファラデー力測定を改良し、最近市販が始まったメンブレン型表面応力センサーと組み合わせ、微小単結晶試料での磁化測定の実現を目指している。微小単結晶試料をメンブレン上に配置し、グラジエントマグネットにより鉛直方向に磁場勾配をつける。これにより、試料の磁化に比例したファラデー力が鉛直方向に働き、メンブレンがたわんで、その変位量をキャパシタンス法により測定する。本研究で開発する極低温磁化精密測定システムは、外部磁場に勾配をつけるため立方晶など磁化異方性のない試料での測定も可能であり、かつキャパシタンス測定のため希釈冷凍機温度までの測定が可能であるという、ファラデー力測定の特徴を生かしながら、微小試料での測定を目指すものである。まず、メンブレンを用いたキャパシタンスデバイスを作製し、室温での評価を行ったところ、計算値に比べより大きなキャパシタンスが得られた。この結果から、2.3x10^-6 emuの磁気モーメント分解能での測定が可能と見積もられた。一方で、低温での性能テストでは、メンブレンのたわみが予想の1/100程度にとどまることが分かった。この結果は、キャパシタンス構成のために蒸着した金により、低温でメンブレンの硬直化をもたらした可能性を示唆しており、今後のより高性能化に向けた改良ポイントが明らかとなった。
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