金属的強相関電子系の測定を可能にする新しい強磁場電子スピン共鳴測定法の開発

开发一种新的高场电子自旋共振测量方法，可测量金属强相关电子系统

• 批准号: 19654051
• 负责人: 太田 仁
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-19654051/
• 关键词: カンチレバー; 電子スピン共鳴; 強磁場; 物性実験; 強相関電子系

カンチレバーを用いたESR測定の感度向上ならびにg値の高分解能化に向け、新たに磁場変調法式に基づく信号検出法を開発した。従来行っていた電磁波強度を変調する方式では真空中でカンチレバーの振動が誘起されるために微弱な信号が検出できないという欠点があった。磁場変調法式ではカンチレバーの不要な振動が誘起されないため、この問題を回避できる。測定系の開発では、ESR信号の線幅とジュール発熱を考慮し、1アンペアの電流で数10ガウス程度の交流磁場が発生できるように変調コイルの設計を行った。実際にホール素子を用いて発生磁場の評価を行い、コイルの特性を評価した。本研究では0.26mmの銅線を直径14mmのボビンに約50回巻いたものを使用した。コイル係数は35ガウス/アンペアであった。実際に作製した変調コイルを低温クライオスタットに装着し、磁場変調法式によるESR測定を行った。測定は4.2Kで行い、試料はCo Tutton塩単結晶を用いた。その結果、80GHzの測定周波数においてESR吸収波形の微分形としてESR信号の観測に成功した。信号の大きさは変調磁場の大きさとともに増大する結果が得られた。変調周波数を大きくすると渦電流による発熱が生じるため、本研究では200Hzで測定を行った。得られたg値(～3.29)は強度変調による測定結果とも一致した。信号雑音比は10程度であり、最小検出スピン数としては～10^<12>スピン/ガウスと見積もられた。これにより磁場変調法式によるカンチレバーESR測定法が確立した。

为了提高悬臂梁ESR测量的灵敏度并提高g值的分辨率，我们开发了一种基于磁场调制方法的新信号检测方法。传统的调制电磁波强度的方法的缺点是，由于悬臂梁在真空中感应振动，因此无法检测到微弱的信号。磁场调制方法不会引起悬臂梁不必要的振动，因此可以避免这个问题。在开发测量系统时，我们考虑了ESR信号的线宽和焦耳热的产生，并设计了调制线圈，使得可以用1安培的电流产生几十高斯的交流磁场。我们实际上评估了使用霍尔元件产生的磁场并评估了线圈的特性。在本研究中，使用了 0.26 毫米铜线，在直径 14 毫米的线轴上缠绕约 50 圈。线圈系数为35高斯/安培。将实际制造的调制线圈连接到低温恒温器上，并使用磁场调制方法进行ESR测量。测量在4.2K下进行，所用样品为Co Tutton盐单晶。结果，我们成功地在 80GHz 的测量频率下观察到 ESR 信号作为 ESR 吸收波形的微分形式。结果表明，信号幅度随着调制磁场幅度的增加而增加。增加调制频率会因涡流而产生热量，因此在本研究中，测量在 200Hz 下进行。获得的 g 值 (~3.29) 也与使用强度调制的测量结果一致。信噪比约为10，并且检测到的最小自旋数估计为～10^ 12 自旋/高斯。结果，建立了使用磁场调制方法的悬臂梁ESR测量方法。

项目成果

ミリ波領域におけるカンチレバーを用いた高分解能電子スピン共鳴法の開発

毫米波区域悬臂梁高分辨率电子自旋共振方法研究进展

• 发表时间: 2008
• 期刊: 日本赤外線学会誌 17
• 作者: Y.Ootuka;T.Yamagishi;T.Maekawa;A.Kanda;大道英二
• 通讯作者: 大道英二

パルス磁場下におけるカンチレバーESR測定の高感度化

脉冲磁场下悬臂梁 ESR 测量的高灵敏度

• 发表时间: 2007
• 作者: 水野議覚;大道英二;木俣基;太田仁
• 通讯作者: 太田仁

Development of Multi-Extreme High Frequency ESR Measurement System and Its Application

多极限高频ESR测量系统的研制及其应用

• 发表时间: 2009
• 作者: H. Ohta;E. Ohmichi;S. Okubo;T. Sakurai;M. Fujisawa
• 通讯作者: M. Fujisawa