非慣性コロイド分散系における力学的整流現象の開拓

非惯性胶体分散体系中机械整流现象的发展

• 批准号: 22K14593
• 负责人: 埋田 真樹
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14593/
• 关键词: バーネット効果; 力学回転; 磁性流体; スピントロニクス; 磁性ナノ粒子; バーネット効果; 力学回転; 磁性流体; スピントロニクス; 磁性ナノ粒子

本研究では、磁性体中の角運動量と力学回転の結合現象であるバーネット効果を用い、予備実験で発見した非慣性系の流体中に分散したコロイド粒子に生じる付加的回転現象を解明することを目的とする。R4年度は、バーネット効果の測定に用いる回転装置の改良とそれを用いた再現実験、さらに溶媒凍結実験に取り組んだ。回転装置は、温調した高圧ガスによって試料を封入したローターを回転させ、磁化した試料からのnTオーダーの漏れ磁場を試料横のフラックスゲートセンサーによって検出する。改良点として、回転誘起磁場と同じnTオーダーの極低磁場領域において帯磁率が測定可能な系を考案し、回転装置に組み込んだ。具体的には、ローターと同配置で試料を挿入したソレノイドコイルに矩形電流を印加し、漏れ磁場から帯磁率を換算する手法を開発した。改良された装置でバーネット磁場の回転周波数依存性を測定し、装置の性能評価を行った。結果、１）磁性流体の溶質であるFe3O4ナノ粒子のg因子を同定し、２）予備実験同様、磁性流体において付加的回転分を反映した信号の増大を発見した。１）によって先行研究で報告されたFeCo-MgF2と同様、3d遷移金属化合物であるFe3O4においても軌道磁化の寄与がバーネット効果によって検出可能なことが明らかになった。また、再現性が取れたため、本装置を用いて溶媒の流動点未満の170Kでバーネット効果測定を行い、信号強度が粉末試料と同程度にまで抑制されることを発見した。これは溶媒の凍結によって付加的回転が失われたことを意味し、付加的回転が液体中の粒子の並進自由度を起源とする当初の主張を支持する結果である。以上、高感度バーネット効果測定装置の開発と磁性流体中の付加的回転の実測及び一部系統測定まで達成した。本成果の一部は、Review of Scientific Instrumentsに論文投稿中である。

这项研究使用了伯内特效应，伯恩特效应是磁体中角动量和机械旋转之间的耦合现象，以阐明在胶体颗粒中分散在初步实验中发现的非惯用流体中的额外旋转现象。在2014财年，我们致力于改进用于测量伯内特效应的旋转装置，使用它重现实验以及溶剂冻结实验。旋转的设备用温度调整的高压气体旋转已与样品密封的转子，并使用样品旁边的Fluxgate传感器从磁化样品中检测到NT级泄漏磁场。作为一个改进，可以在与旋转诱导的磁场相同的NT相同顺序的极低磁场区域中测量磁化率的系统，并将其整合到旋转装置中。具体而言，我们已经开发了一种将矩形电流应用于电磁盘线圈的方法，其中样品被插入与转子相同的排列，并从泄漏的磁场转换磁敏感性。用改进的设备测量了Burnet磁场的旋转频率的依赖性，并评估了设备的性能。结果，1）我们确定了Fe3O4纳米颗粒的G因子，这些纳米颗粒是磁液的溶质，2）发现信号的增加，反映了磁液中的额外旋转，如初步实验。 1）据透露，与先前研究中报道的FECO-MGF2类似，可以通过Burnett效应在Fe3O4（一种3D过渡金属化合物）中检测到轨道磁化的贡献。此外，由于可重复性，我们使用该设备进行了伯内特效应测量值，在溶剂的倾角下方下方进行了伯内特效应测量，并发现信号强度被抑制至与粉末样品的水平相同。这意味着由于溶剂的冻结而丢失了额外的旋转，这支持了原始主张，即额外旋转起源于液体中颗粒的自由度的平移程度。已经实现了上述，包括开发高度敏感的burnet效应测量装置，实际测量磁液中的其他旋转以及部分系统测量。这些结果中的一些目前正在接受科学仪器的审查。