Developments of neutron scattering, NMR, and thermal conductivity measurement techniques for the investigations of quantum phases in high magnetic fields

用于研究高磁场中量子相的中子散射、核磁共振和热导率测量技术的发展

基本信息

批准号：
22H00104
负责人：
小濱芳允
金额：
$ 23.21万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の最終目標は，『新たな量子相の開拓とその機能性の解明』である。既存の枠組みを超える新奇量子相の開拓のため，本研究では多くの物質において電子同士の相互作用エネルギーに比べゼーマンエネルギーが支配的となる『50テスラ級強磁場』での研究を進める．具体的には研究代表者らが保有する『安定化超ロングパルス磁場』という最先端の独自技術に、１．中性子回折，２．核磁気共鳴そして３．熱伝導・熱ホール測定といった先端的な測定技術を組み合わせる．特に後に続く物性実験に先立って，2022年度はこの３つの開発を主目的とした．その結果，１の中性子回折実験についてはロングパルス磁場下でのラウエ中性子回折に世界で初めて成功した．これまで７Ｔであった日本でのラウエ中性子回折実験の最高磁場を１５Ｔまで拡張させることに成功した．２の核磁気共鳴については、2021年度に報告したパルス磁場下での初めてのスピン・格子緩和時間測定を拡張させたスピン・スピン緩和時間測定に成功した．この手法についても論文化した．さらなる測定技術の拡大のために，核磁気共鳴測定のロングパルス磁場への応用実験も進んでいる．３の熱伝導・熱ホール効果の開発については，世界で初めてパルス磁場下の熱伝導測定に成功した．これは熱測定およびパルス磁場の研究の歴史の中で重要な開発になったと思われるが，一方で熱ホール効果をパルス磁場下で測定する難しさも認識した．以上のように計画初年度における目標であった，中性子回折，核磁気共鳴，熱伝導・熱ホール測定の３つについて実験技術の開発を進めた．パルス磁場下熱ホール測定が困難であること以外は，それ以外の開発は成功したと評価できる．

这项研究的最终目标是“探索新的量子相并阐明它们的功能。”为了开发超越现有框架的新型量子相，该研究将在“50特斯拉级强磁场”中进行研究，在该磁场中，与许多材料中电子之间的相互作用能相比，塞曼能量占主导地位。具体来说，主要研究人员将利用“稳定超长脉冲磁场”这一尖端专有技术来： 1.中子衍射，2。核磁共振和3.结合了热传导和热孔测量等先进测量技术。特别是在2022年，我们重点开发了这三个领域，为后续的物性实验做准备。结果，在中子衍射实验1中，我们在世界上首次成功实现了长脉冲磁场下的劳厄中子衍射。我们成功地将日本劳厄中子衍射实验的最大磁场从以前的7T提高到15T。关于核磁共振 (2)，我们成功测量了自旋-自旋弛豫时间，这是 2021 年报道的首次脉冲磁场下自旋-晶格弛豫时间测量的延伸。该方法也发表在一篇论文中。为了进一步扩展测量技术，将核磁共振测量应用于长脉冲磁场的实验正在进行中。关于热传导和热霍尔效应（3）的发展，我们在世界上首次成功测量了脉冲磁场下的热传导。尽管这被认为是热测量和脉冲磁场研究史上的一个重要发展，但它也认识到测量脉冲磁场下热霍尔效应的困难。如上所述，我们为计划第一年设定的三个目标进行了实验技术的开发：中子衍射、核磁共振和热传导/热孔测量。除了在脉冲磁场下测量热孔的困难之外，其他发展也可以被评价为成功的。