カンチレバーを用いたナノマテリアル時代の新しい電子スピン共鳴測定法の開発

利用悬臂梁开发纳米材料时代新型电子自旋共振测量方法

• 批准号: 16654057
• 负责人: 太田 仁
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16654057/
• 关键词: カンチレバー; 電子スピン共鳴; 強磁場; 物性実験; 磁性; ナノ材料

量子コンピューター開発のためのqubitの探索・開発などを背景にカーボンナノチューブ,ナノドットなど現代は,このような物質群に代表されるナノマテリアルの研究が大変盛んとなっている。また,ナノサイズまでいかないまでも有機結晶や生体物質は,得られる試料がμgとこれまでの物理の測定の常識に比べ非常に小さく,このような微量系の電子スピン共鳴の観測は,市販のX-band(9.5GHz)ESRでは非常に困難で,新しい高感度な電子スピン共鳴の検出法が求められている。そこで,本研究のねらいは,従来のX-band ESRがもちいている空洞共振器とは全くことなる原理であるカンチレバーを用いて,特に高周波数強磁場ESRで高感度を実現するところにある。昨年度は,パルス磁場中と定常磁場中でのカンチレバーによる感度の違いを検証するため,東北大学金属材料研究所強磁場センターの定常磁場中でマイクロカンチレバーを用いたESR測定を行った.その結果,電磁波の振幅に変調を加えた場合(バイアスは直流)の方が,ブリッジ回路を交流バイアス電流で駆動した場合(電磁波に変調なし)に比べ,S/N比を大きく改善することができることが明らかとなった。本年度は,研究分担者の大道が10月に神戸大学に赴任し,引き続き神戸大学の強磁場ESRシステムを用いたCo(NH_4)_2(SO_4)_2・6H_2O(Co-Tutton塩)単結晶のパルス強磁場ESR測定装置の改良を進めた。とくに系統的にカンチレバーの磁場に対する角度を変化させる治具を作成し,信号の角度依存性測定をおこなった。その結果,この測定が試料のg値の異方性を用いて検出していることを確認し,最適な角度方向があることを明らかにした。なお,この研究に関する博士後期課程学生の木俣の日本赤外線学会研究会における発表「マイクロカンチレバーを用いた高感度テラヘルツ電子スピン共鳴のための技術開発」に対して,第2回日本赤外線学会奨励賞が授与された。

随着量子比特对于量子计算机发展的探索和发展，碳纳米管、纳米点等纳米材料的研究目前非常活跃。另外，对于有机晶体和生物材料，从有机晶体和生物材料中获得的样品为微克级，与常规物理测量相比极其微小，市场上很难观测到如此少量的电子自旋共振。波段（9.5GHz）ESR极其困难，需要一种新的高灵敏度电子自旋共振检测方法。因此，本研究的目的是通过使用悬臂梁来实现高灵敏度，特别是在高频、强磁场ESR中，其原理与传统X波段ESR中使用的空腔谐振器完全不同。去年，为了验证悬臂梁在脉冲磁场和稳定磁场中的灵敏度差异，我们在东北材料研究所强磁场中心使用稳定磁场中的微悬臂梁进行了ESR测量结果如下： 很明显，与用交流偏置电流驱动桥式电路（不调制电磁波）相比，对电磁波幅度（偏置为直流）添加调制可以大大提高信噪比。波）。今年，我们的共同研究员大同将于10月调往神户大学，利用神户大学的强磁场ESR系统继续开发脉冲Co(NH_4)_2(SO_4)_2・6H_2O（Co-Tutton盐）单晶改进了强磁场ESR测量装置。特别是，我们创建了一个夹具，可以系统地改变悬臂相对于磁场的角度，并测量信号的角度依赖性。结果，我们确认了该测量利用样品g值的各向异性来检测它，并阐明了存在最佳角度方向。此外，博士生 Kimata 因在日本红外线学会研究组发表的“使用微悬臂梁的高灵敏度太赫兹电子自旋共振技术开发”研究报告，荣获第二届日本红外线学会鼓励奖授予。

项目成果

Field-Induced Phase Transitions and Dynamics in Quantum Spin Systems

量子自旋系统中场致相变和动力学

• 发表时间: 2005
• 作者: I.Matsuda;T.Hirahara;M.Konishi;C.Liu;H.Morikawa;M.D'angelo;S.Hasegawa;松田巌(分担執筆);太田仁;H.Ohta;木俣基;太田 仁;K.Kindo
• 通讯作者: K.Kindo

カンチレバーを用いた高感度パルス強磁場ESR

使用悬臂梁的高灵敏度脉冲强磁场 ESR

• 发表时间: 2006
• 期刊: 電子スピンサイエンス vol.4(Spring Issue)
• 作者: 櫻田涼子;上林憲雄;櫻田 涼子;日本経営学会誌;M.Kimata;M.Kimata;M.Kimata;H.Ohta;太田仁
• 通讯作者: 太田仁

Recent high field ESR studies of low-dimensional quantum spin systems in Kobe

最近在神户进行的低维量子自旋系统的高场 ESR 研究

• 发表时间: 2004
• 期刊: Physica B 第346-347巻
• 作者: I.Matsuda;T.Hirahara;M.Konishi;C.Liu;H.Morikawa;M.D'angelo;S.Hasegawa;松田巌(分担執筆);太田仁;H.Ohta;木俣基;太田 仁
• 通讯作者: 太田 仁

Highly Sensitive Detection of Pulsed Field ESR Using a Cantilever at Low Temperature

使用悬臂梁在低温下高灵敏度检测脉冲场 ESR

• 发表时间: 2006
• 期刊: AIP Conference Proceedings ; Low Temperature Physics 850
• 作者: 櫻田涼子;上林憲雄;櫻田 涼子;日本経営学会誌;M.Kimata;M.Kimata;M.Kimata;H.Ohta
• 通讯作者: H.Ohta

カンチレバーによる磁化検出を応用したパルス磁場による高磁場・高周波電子スピン共鳴(ESR)測定装置

使用脉冲磁场的高场/高频电子自旋共振 (ESR) 测量装置，通过悬臂梁进行磁化检测

• 发表时间: 2004