極低温強磁場中回転機構による希土類化合物の磁気異方性の展開

极低温强磁场下旋转机制研究稀土化合物磁各向异性

• 批准号: 21K03464
• 负责人: 阿部 聡
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021 至 2022
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03464/
• 关键词: 四重子秩序; 超伝導; 極低温強磁場; 希土類化合物

物性研究において, 極低温環境により物質の基底状態を実現させ, 基底状態をもたらす相互作用機構を解明することは, 物性物理学の学問の発展だけでなく, 新規物質の発見や利用などの応用にもつながるため, 極めて重要である。極低温と高磁場を合わせた多重極限状態での物性研究は困難になるが, 磁気モーメント間の相互作用の異方性を明らかにする上で極めて有効である。本研究では, 温度10mK, 磁場8Tの極低温強磁場がなければ実現できないf電子の秩序状態の研究として, 電気四極子が秩序変数となる希土類カゴ状物質と巨大磁歪を示す絶縁体スピン系物質の研究を行った。特に, 多重極限環境に試料回転機構を導入し, 結晶軸に対する磁場方向を変化させた熱膨張・磁歪測定を行うことで, 四極子間相互作用や磁気弾性係数の異方性を明らかにし, f電子間相互作用の機構の解明を行う。この目的のため, 回転機構により極低温強磁場環境下において歪測定セルを回転させ磁場方向が変化可能な測定システムの開発を行うとともに, 交流インピーダンス測定による磁場中帯磁率測定装置の開発を行った。熱膨張・磁歪測定については, ピエゾ回転駆動素子を用いる方法と機械回転式駆動機構を用いる方法の2通りの装置の試験を実施した。その結果, ピエゾ回転素子の回転トルクが十分でなく, 歪測定装置を十分回転させることが困難であることが判明した。一方, 機械回転式駆動機構では, 歪測定のバックグラウンドの温度・角度依存性を明らかにし, 測定歪に換算し最大10^(-5)程度の影響があることなどの測定性能を明らかにした。研究対象のカゴ状希土類化合物PrIr2Zn20の極低温超伝導状態の解明には磁場中交流帯磁率測定が不可欠であるため, 希釈冷凍機への搭載可能な交流インピーダンスブリッジを用いた帯磁率測定システムの開発を行なった。

在凝聚态研究中，在极低温环境下实现材料的基态并阐明产生基态的相互作用机制，不仅有助于凝聚态物理的发展，而且有助于发现和解释等应用。新材料的利用非常重要，因为它也将人与人联系起来。尽管研究极低温度和高磁场相结合的多种极端条件下的物理性质很困难，但它对于阐明磁矩之间相互作用的各向异性极其有效。在这项研究中，我们将使用稀土笼状材料来研究 f 电子的有序态，这种有序态需要 10 mK 温度下 8 T 的极低温强磁场才能实现。电四极子是对有序参数和表现出巨磁致伸缩的绝缘自旋材料进行的研究。特别是，通过引入多极限环境下的样品旋转机制，并通过改变相对于晶轴的磁场方向进行热膨胀/磁致伸缩测量，我们阐明了四极相互作用和磁弹性系数的各向异性，并且我们将阐明电子-电子相互作用的机制。为此，我们开发了一种测量系统，该系统可以利用旋转机构在极低温、强磁场环境下旋转应变测量单元来改变磁场方向，并且还开发了一种用于测量磁化率的装置。通过测量交流阻抗产生磁场。对于热膨胀和磁致伸缩测量，测试了两种类型的设备：一种使用压电旋转驱动元件，另一种使用机械旋转驱动机构。结果发现，压电旋转元件的旋转扭矩不足，使得难以使应变测量装置充分旋转。另一方面，对于机械旋转驱动机构，我们阐明了应变测量背景的温度和角度依赖性，并阐明了测量性能，例如测量应变方面高达10^(-5)的影响。 。由于磁场中的交流磁化率测量对于阐明作为研究对象的笼状稀土化合物 PrIr2Zn20 的低温超导状态至关重要，因此我们开发了一种使用交流阻抗电桥的磁化率测量系统，该系统可以安装在我在稀释冰箱上做到了。

项目成果

Thermal expansion measurements of the Cage Compound PrIr2Zn20 at Ultra-low temperatures in the high magnetic fields

笼式化合物 PrIr2Zn20 在超低温高磁场下的热膨胀测量

• 发表时间: 2022
• 作者: Saeka Nakajima; Momoka Asai; Shota Nakashima; Koichi Matsumoto; Satoshi Abe; Keisuke T. Matsumoto; Y. Yamane;Takahiro Onimaru
• 通讯作者: Takahiro Onimaru

低温熱接触用導電性接着剤の電気抵抗測定

低温热接触导电胶的电阻测量

• 发表时间: 2021
• 作者: 浅井桃花;中島祥太;阿部聡;松本宏一
• 通讯作者: 松本宏一

Precise magnetization measurements down to 500 mK using a miniature 3He cryostat and a closed-cycle 3He gas handling system installed in a SQUID magnetometer without continuous-cooling functionality

使用安装在不具备连续冷却功能的 SQUID 磁力计中的微型 ³He 低温恒温器和闭环 ³He 气体处理系统，进行低至 500 mK 的精确磁化强度测量

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac5bb0
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 1.5
• 作者: Shimamura Kazutoshi;Wajima Hiroki;Makino Hayato;Abe Satoshi;Haga Yoshinori;Sato Yoshiaki;Kawae Tatsuya;Yoshida Yasuo
• 通讯作者: Yoshida Yasuo

低温熱接触用導電性接着剤の電気抵抗測定

低温热接触导电胶的电阻测量

• 发表时间: 2021
• 作者: 浅井桃花;中島祥太;阿部聡;松本宏一
• 通讯作者: 松本宏一

Precise magnetization measurements down to 500 mK using a miniature 3He cryostat and a closed-cycle 3He gas handling system installed in a SQUID magnetometer without continuous-cooling functionality

使用安装在不具备连续冷却功能的 SQUID 磁力计中的微型 ³He 低温恒温器和闭环 ³He 气体处理系统，进行低至 500 mK 的精确磁化强度测量

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac5bb0
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 1.5
• 作者: Shimamura Kazutoshi;Wajima Hiroki;Makino Hayato;Abe Satoshi;Haga Yoshinori;Sato Yoshiaki;Kawae Tatsuya;Yoshida Yasuo
• 通讯作者: Yoshida Yasuo