μg単結晶一個を用いた非平衡定常状態熱測定の展開

使用单μg单晶开发非平衡稳态热测量

基本信息

批准号：
20654033
负责人：
中澤康浩
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、分子性化合物の極微結晶を用いた低温での電子系の相転移の高感度な検出を可能とするため、MEMSカロリメターを極低温領域で実用化することを目指した開発研究である。平成22年度は、まず、前年度までに作成した増幅回路、フィルター回路などの信号検出系、温度制御系に改善をはかりえ、ノイズの低減化を進めた。これによって、熱容量測定チップTCG3880を用いた低温熱解析装置をほぼ完成させることができた。さらにソフトウェアーを整備し液体ヘリウム温度から室温まで連続的に測定ができる自動制御プログラムを作成した。この装置を用いて、まず、有機電荷移動塩であるκ-(BETS)_2FeBr_4の1μgの単結晶を用いた熱容量測定をおこなった。この物質は、2.3Kで磁気相転移、1.1Kで超伝導転移を示す磁性超伝導体である。マイクロチップを用いることで、この磁気転移に伴う熱容量の変化を検出することに成功した。さらにこの装置を研究室現有の横磁場型のスプリット磁石と組み合わせて用いることで、二次元結晶の面平行方向に磁場を印加し、面内磁場の大きさと方向依存性を検出した。ここから、スピンが面内のa軸方向に容易軸をもって配列していることが判明した。次いで、低温でスピン液体の性質を示すことが知られているκ-(BEDT-TTF)_2Cu_2(CN)_3の熱容量測定を進めた。この物質は、6K付近に非常にブロードな熱異常を示すことが知られており、その磁場依存性について興味が持たれている。チップ熱量計を用いて、同様に1μg以下の微小結晶によりこのブロードな熱異常を磁場依存性まで含めて確認することが出来た。本研究によって、このようなマイクロチップ熱量計を用いることで分子性化合物のような大型結晶を作成するのが困難な物質についても熱力学的な相転を検出することが可能であることが示された。

这项研究是一项针对 MEMS 热量计在低温领域的实际应用的开发研究，以便能够利用分子化合物的超细晶体在低温下对电子系统中的相变进行高灵敏度检测。 2010财年，我们首先对前一年创建的信号检测系统（例如放大器电路和滤波器电路）以及温度控制系统进行了改进，以降低噪音。至此，使用TCG3880热容量测量芯片的低温热分析装置基本完成。此外，我们开发了软件并创建了自动控制程序，可以连续测量从液氦到室温的温度。使用该装置，我们首先测量了 1 μg 单晶 κ-(BETS)_2FeBr_4（一种有机电荷转移盐）的热容。这种材料是一种磁性超导体，在 2.3K 时表现出磁相变，在 1.1K 时表现出超导转变。通过使用微芯片，我们成功地检测到与这种磁转变相关的热容变化。此外，通过将该装置与目前实验室中的横向磁场型分裂磁体结合使用，在二维晶体的平面平行方向上施加磁场，并研究了面内磁场的大小和方向依赖性。检测到磁场。由此可知，自旋在面内a轴方向上与易轴一致。接下来，我们继续测量 κ-(BEDT-TTF)_2Cu_2(CN)_3 的热容，已知它在低温下表现出自旋液体特性。众所周知，这种材料在 6 K 左右表现出非常广泛的热异常，并且其磁场依赖性令人感兴趣。使用芯片量热仪，我们能够使用尺寸小于 1 μg 的微晶类似地确认这种广泛的热异常，包括其磁场依赖性。这项研究表明，通过使用这种微芯片热量计，即使是难以产生大晶体的物质（例如分子化合物）也可以检测到热力学相变。