ヘリウム3冷却器を用いた極低温赤外分光装置の開発と強相関電子物性の新展開

使用氦 3 冷却器开发低温红外光谱仪以及强相关电子特性的新进展

基本信息

批准号：
15654041
负责人：
岡村英一
金额：
$ 2.24万
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：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の当初目標は、温度0.5Kで稼働し、かつ赤外分光に対応したヘリウム3冷却器を設計、製作すること、そしてこの冷却器を既設の真空試料槽、赤外干渉分光計と組み合わせることにより、温度1K以下で興味深い物性を示す強相関物質の赤外分光を行うことであった。これにより、従来は研究不可能であった、温度1K以下で強い電子相関がもたらすミクロ電子状態を初めて光学伝導度として観測し、強相関電子物性の研究に新たな展開を開くことを目的としていた。しかし支給額の減額のため当初予定を変更し、現有装置とほぼ同じ冷却器に基づき、測定システムや熱放射シールドを工夫することによって、現状装置よりも低温を目指すこととした。具体的には閉サイクル式冷凍機および新規真空試料槽を購入し、様々な光学部品も補強した。その結果、到達温度5.8Kを達成した。我々の従来装置の約8Kよりも低温に到達できるようになったため、7K前後で電子相転移を示す強相関スクッテルダイト化合物PrFe_4P_<12>の反射分光を行いつつある。また、この新装置の整備と並んで、従来装置による強相関電子系の分光研究も継続、発展させた。具体的には、最近注目を集めているスクッテルダイト化合物のうちCeやGdを含む化合物の光反射スペクトルの温度変化を詳しく測定した。また異なる混成強度を持つ多くのYb化合物のミクロな電子状態を、遠赤外、赤外光学伝導度の測定によって調べた。その結果、これら化合物における伝導電子とf電子の混成強度が、光スペクトルに現れる特徴的なピークのエネルギーにスケールすることを見いだした。また、温度変化及び光励起によってスピンクロスオーバーを示す鉄錯体物質についても、赤外および遠赤外透過スペクトルの測定を行った。なお、本研究で作成した装置は、後からHe3冷凍機を組み込める設計になっている。将来さらなる研究費を獲得し、より低温での赤外分光を実現していく予定である。

这项研究的最初目标是设计和制造一种工作温度为0.5K且与红外光谱兼容的氦3冷却器，并将这种冷却器与现有的真空样品罐和红外干涉光谱仪结合起来。目的是对强相关物质进行红外光谱分析，这些物质在低于 1K 的温度下表现出有趣的物理性质。因此，我们的目标是首次以光导的形式观察到1K以下温度下强电子相关性带来的微电子态，这在以前是不可能研究的，并为强相关电子物理性质的研究开辟新的进展.但由于经费减少，原计划发生变化，决定采用与现有设备几乎相同的冷却器，但通过改进测量，以实现比现有设备更低的温度。系统和热辐射屏蔽。具体来说，购买了闭路循环冰箱和新的真空样品罐，并对各种光学部件进行了加固。结果，最终温度达到了 5.8K。由于我们现在能够达到低于传统设备约 8K 的温度，因此我们正在对强相关方钴矿化合物 PrFe_4P_<12> 进行反射光谱分析，该化合物在 7K 左右表现出电子相变。除了开发这种新设备之外，我们还继续使用传统设备开展强相关电子系统的光谱研究。具体来说，我们详细测量了最近引起关注的含有Ce和Gd的方钴矿化合物的光学反射光谱的温度变化。我们还通过测量远红外和红外光导率研究了许多具有不同杂化强度的Yb化合物的微电子态。结果，我们发现这些化合物中传导电子和 f 电子的混合强度与光谱中出现的特征峰的能量成比例。我们还测量了铁络合物材料的红外和远红外透射光谱，这些材料由于温度变化和光激发而表现出自旋交叉。本研究中创建的设备旨在允许稍后安装 He3 冰箱。未来，他们计划获得进一步的研究经费，实现更低温度下的红外光谱。