2016 Fiscal Year Annual Research Report
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16H04009
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
松田 康弘 東京大学, 物性研究所, 准教授 (10292757)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 達生 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (80205468)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 磁歪 / X線回折 / 磁気熱量効果 / 固体酸素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度の研究計画に沿って、実績の概要を以下に示す。
(I)固体酸素の磁歪測定：100テスラを超えるパルス磁場中の磁歪測定手法は確立していないため、FBG（ファイバーブラッググレーティング）による磁歪測定のための技術開発を行った。固体酸素への適用の前に、より測定が容易と考えられる酸化物磁性体の結晶を用いて150 Tまでで試験的測定を行った。その結果、低温において0.1%程度の磁歪が測定可能であることが確かめられ、酸素で期待される結晶変形を捉えることが可能であることが分かった。
(II)固体酸素のＸ線回折：酸素を低温で凝縮させ、その場でX線回折をとる技術を開発し、常圧でのα相、β相、γ相それぞれで回折パターンを測定することができた。これは、SPring-8でパルス磁場下でのＸ線回折を測定するために要素技術である。また、酸素に窒素を混入させることで磁場誘起相転移の転移磁場を制御可能である可能性を発案し、酸素－窒素混合系の結晶状態の把握がＸ線回折で詳細に可能であることが確かめられた。今年度はＸ線回折で結晶性を確認した混合系（O2:N2 =7:3）について磁化測定を行い、純酸素で約120 Tで観測される相転移が、133 Tまでに観測されないという結果を得た。再現性の確認が必要であるが転移磁場の制御が確認されれば重要な成果となる。
(III)固体酸素、液体酸素における磁気熱量効果測定：磁気熱量効果測定については50 Tまでの比較的低磁場領域のα－β、またはβ－γ相転移の相境界をはじめて決定できた。θ相を含む相境界での磁気熱量効果測定には光学的手法を適用するが、センサーとして用いる予定であるCdMnTe結晶の発光スペクトルの評価を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
100 T以上のパルス超強磁場における磁歪測定技術は世界的にも確立できてなかったが、今年度、信頼性の高い測定に成功した。このことから、研究目的の1つである固体酸素の磁場誘起構造相転移の観測が、残りの研究期間で十分可能であると見込まれる。
X線回折実験においても、凝縮した酸素の回折パターンを様々な温度で測定出来る技術が開発できたため、パルス強磁場実験への応用、及び、窒素混合系への展開へと研究が着実に進展していると判断される。
固体酸素の磁場－温度平面でのα－β相境界、β－γ相境界はこれまで長年の研究で不明であったが、磁気熱量効果から決定できた。また、従来の磁化測定などで相境界が検知できなかった原因についても明らかにしており、学術的価値が高い成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に引き続き固体および液体酸素の研究を進める。また、有機分子磁性体BIP-TENOの精密な温度制御下での磁化過程から分子立体配置の再構成の可能性を探る。
（I）固体酸素の窒素置換効果と磁歪測定：前年度までに、光学的に歪みを検出するファイバーブラッググレーティング(FBG)を100 Tを超える強磁場で使用可能とする要素技術の開発がほぼ終了した。今年度、固体酸素に応用することで、磁場誘起相転移における構造変化の直接観測と、γ－θ相転移の探索を行う。さらに、格子に人工的に歪みを与える方法として、酸素－窒素混合系が有効であるとの着想から、窒素濃度を様々に変えた場合の磁場誘起相転移に与える影響を明らかにする。これは、成功すれば本来の研究目的を達成することに大きく貢献する。
（II）固体酸素のX線回折：前年度、独自のセルの開発から、固体酸素を凝集し、実験室において様々な温度において零磁場下でＸ線回折を測定できるシステムを構築した。この技術を活かし、SPring-8においてパルス強磁場下でのＸ線回折を行い、40Tまでの強磁場における分子立体配置の磁場依存性を明らかにする。
(III) 有機分子磁性体BIP-TENOの精密温度制御下での磁気特性：BIP-TENOの高速磁場掃引時の非自明な磁化プラトーの解明のため、前年度、パルス磁場中の超音波測定を行ったが、有意な信号変化を得ることができなかった。本年度は、精密に温度を制御した状況下で100 Tを超える磁場中で磁化測定を行い、スピンを高速で制御した場合のスピン－格子結合が磁化に与える影響を明らかにする。スピンと格子の結合を実効的に壊し、格子温度とスピン温度が異なるために非自明な秩序状態がスピンがギャップが閉じる際に現れる可能性について検証実験を行う。
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[Presentation] 液体酸素の強磁場下超音波測定2017
Author(s)
野村肇宏, 松田康弘, S. Zherlitsyn, J. Wosnitza, 小林達生
Organizer
日本物理学会
Place of Presentation
大阪大学（大阪府・豊中市）
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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