断熱消磁による極低温までの超高速物性測定法の開発

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25630059
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 青木 大 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30359541)
• 研究分担者: 本多 史憲 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (90391268)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 極低温 / 断熱消磁冷凍 / 物性測定 / 重い電子系

研究実績の概要

1K以下の極低温は物性研究においてきわめて重要な技術である。とりわけアクチノイド、希土類化合物を含む重い電子系物質のエネルギースケールは小さいので、1K以下の極低温実験が不可欠である。従来、1K以下の極低温実験は希釈冷凍機などを用いて行われてきた。この装置は、大型で室温から極低温まで温度下げるのに、最低でも2、3日かかる。最近、重い電子系物質の新奇超伝導体が続々と発見されており、もっと簡便に短時間に、しかも液体ヘリウムの消費を極力抑えた極低温技術の開発が待たれていた。本研究は、常磁性塩を用いた断熱消磁法による冷凍機、それを用いた超高速物性測定法の開発を目的としたものである。
本年度は、昨年度に引き続き断熱消磁冷凍機（ADR）の開発を行った。クロムミョウバンを用いた断熱消磁冷凍機を多数作製した。低温物理物性測定システム（PPMS）にセットし、迅速に0.1Kまでの電気抵抗測定を行えるように常磁性塩ピルの配置、配線による熱流入の抑制、迅速に測定可能な測定プログラムなどさまざまな装置の最適化を行った。その結果、室温から0.1Kまで2時間以内に到達できる断熱消磁冷凍機が完成した。これを用いて、強磁性超伝導体URhGe、UCoGeやその他の重い電子系超伝導体UBe13、UPd2Al3、URu2Si2、UPt3など多数の試料の0.1Kまでの電気抵抗測定を行い、試料を評価した。UCoGeにおいては、150個以上の試料を電気抵抗測定し、残留抵抗比RRRが100を越える純良な試料を得ることに成功した。これらの試料は圧力実験、極低温磁化、中性子散乱、高エネルギーX線、光電子分光など多数の実験を行うために多数の研究者に提供された。断熱消磁冷凍機の開発の成功を受けてプレス発表を行なった。日経新聞、河北新報などで報道された。また、現在、本技術を用いた製品化が進行しつつある。

研究成果

• [雑誌論文] Large Cyclotron Effective Mass Detected by de Haas-van Alphen Effect in YbCu2Si2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki, Fuminori Honda, Yoshiya Homma, DeXin Li, Rikio Settai, Hisatomo Harima, Yoshichika Onuki
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 84 ページ: 035002-1--2
  • DOI: 10.7566/JPSJ.84.035002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Uniaxial-Stress-Induced Ferromagnetism in the Itinerant Metamagnetic Compound UCoAl Probed by Magnetostriction Measurements (2015)
  • 著者名/発表者名: Yusei Shimizu,, Bernard Salce, Tristan Combier, Dai Aoki, Jacques Flouquet
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 84 ページ: 023704-
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.023704
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lattice dynamics of the heavy-fermion compound URu2Si2 (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Buhot, M. A. Measson, Y. Gallais, M. Cazayous, A. Sacuto, F. Bourdarot, S. Raymond, G. Lapertot, D. Aoki, L. P. Regnault, A. Ivanov, P. Piekarz, K. Parlinski, D. Legut, C. C. Homes, P. Lejay, R. P. S. M. Lobo
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 91 ページ: 035129
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.91.035129
  • 査読あり
• [雑誌論文] Symmetry of the Excitations in the Hidden Order State of URu2Si2. (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Buhot, M. A. Measson, Y. Gallais, M. Cazayous, A. Sacuto, G. Lapertot, D. Aoki
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 113 ページ: 266405
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.266405
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic fields above the superconducting ferromagnet UCoGe (2014)
  • 著者名/発表者名: D. J. Hykel, C. Paulsen, D. Aoki, J. R. Kirtley, and K. Hasselbach
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 ページ: 184501
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.184501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconducting gap of UCoGe probed by thermal transport (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Taupin, L. Howald, D. Aoki, and J.-P. Brison
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 ページ: 180501
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.180501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-Reversal Symmetry in the Hidden Order and Superconducting States of URu2Si2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Ikuto Kawasaki, Isao Watanabe, Adrian Hillier, Dai Aoki
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 ページ: 094720
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.094720
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fermi Surface Instabilities in Ferromagnetic Superconductor URhGe (2014)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki, Georg Knebel, Jacques Flouquet
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 ページ: 094719
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.094719
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin fluctuation and Fermi surface instability in ferromagnetic superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki, Adrien Gourgout, Alexandre Pourret, Gael Bastien, Georg Knebel, Jacques Flouquet
  • 雑誌名: C. R. Physique 巻: 15 ページ: 630
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lifshitz transition and metamagnetism: Thermoelectric studies of CeRu2Si2 (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Boukahil, A. Pourret, G. Knebel, D. Aoki, Y. Onuki, J. Flouquet
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 ページ: 075127
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superconductivity and Ferromagnetic Quantum Criticality in Uranium Compounds (2014)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki, Jacques Flouquet
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 ページ: 061011
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantum Criticality and Lifshitz Transition in the Ising System CeRu2Si2: Comparison with YbRh2Si2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Alexandre Pourret, Dai Aoki, Mounir Boukahil, Jean-Pascal Brison, William Knafo, Georg Knebel, Stephane Raymond, Mathieu Taupin, Yoshichika Onuki, Jacques Flouquet
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 ページ: 061002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fermi surface in the hidden-order state of URu2Si2 under intense pulsed magnetic fields up to 81 T (2014)
  • 著者名/発表者名: G. W. Scheerer, W. Knafo, D. Aoki, M. Nardone, A. Zitouni, J. Beard, J. Billette, J. Barata, C. Jaudet, M. Suleiman, P. Frings, L. Drigo, A. Audouard, T. D. Matsuda, A. Pourret, G. Knebel, and J. Flouquet
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 89 ページ: 165107
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.165107
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetic Order in Ce0.95Nd0.05CoIn5: The Q-Phase at Zero Magnetic Field (2014)
  • 著者名/発表者名: Raymond S, Ramos SM, Aoki D, Knebel G, Mineev VP, Lapertot G
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 ページ: 013707
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.013707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Existence of anisotropic spin fluctuations at low temperature in the normal phase of the superconducting ferromagnet UCoGe (2014)
  • 著者名/発表者名: Taupin M, Howald L, Aoki D, Flouquet J, Brison JP
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 89 ページ: 041108
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.041108
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [備考] 世界最速、極低温冷凍機の開発
  • URL: http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2014/09/press20140903-01.html