核磁気共鳴によるナノスケール磁性体のトンネル効果の研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11440106
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 後藤 喬雄 京都大学, 大学院・人間・環境学研究科, 教授 (90026807)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山下 正廣 東京都立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60167707) ; 千葉 明朗 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教授 (90027144) ; 小山田 明 京都大学, 大学院・人間・環境学研究科, 助手 (60211835) ; 宮下 精二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10143372)
• Keywords: ナノスケール磁性体 / 量子トンネル現象 / ^<55>Mn NMR / 核スピン・格子緩和時間 / スピン・スピン緩和時間

Research Abstract

本研究は、ナノスケール磁性体における準安定性にかかわる量子トンネル効果を微視的視点から究明することを目的として、主として、Mn12-アセテートの中のプロトン核とMn-核について、核磁気共鳴(NMR)を行い、NMRスペクトルならびに核スピン―格子緩和時間T_1、スピン―スピン緩和時間T_2の実験を行うものである。
本年度は、まずプロトン核についての予備的実験を行い、引き続き、高周波帯NMR(220MHz〜800MHz帯)でMn核のNMR信号の検出に努めた結果、始めてゼロ磁場でMn核の信号の検出に成功し、液体ヘリウム温度域でT_2とT_1が著しい温度依存性を示すことを見い出した。(ヘルシンキで開かれた第22回低温国際会議、日本物理学会1999年秋の分科会で発表。)
さらに、磁場中冷却を行った後磁場反転を行い、磁化の回復について次ぎのような、新しい重要な知見を得た。(1)磁化の回復は、反転後、磁化が約80%程度になるまでは、時間の平方根(-√<t>)で回復するが、それ以降は、指数関数的(exp(-t))に回復をする。(2)回復の時定数が、NMR高周波のパワーに依存する。(3)反転後の磁場中での2つの磁化の向きに対応する緩和時間T_1が異なった磁場依存性を示し、トンネル効果が期待される0.45Tごとの共鳴磁場に対して、緩和率1/T_1が増大する傾向がある。(日本物理学会、2000年春の分科会(関西大学)で発表。)
Mn核のNMR観測に成功したことにより、他の手法では得られないクラスターそのものダイナミクスの直接的検証の可能性が判明したので、今後、プロトンとMnの2種の異なる核を対象とし、さらに強磁場、超低温下での実験を行うことにより、磁化反転過程ならびにトンネル効果のダイナミクスをクラスターの外と内から究明する見通しを得ることができた。

Research Products

• [Publications] T.Goto,T.Kubo,T.Koshiba,Y.Fujii,A.Oyamada,J.Arai,T.Takeda,K.Awaga: "^<55>Mn NMR and Relaxation Studies on Mm_<12>-acetate"physica B. (2000)