research


我々は実験系の研究グループです。
物性物理学は多様な物質現象の中から新たな物理の基本法則を見つけ出すことを目指す学問です。
通常は熱散乱のベールに隠されている量子力学的な基底状態を、
極低温環境下における物性測定で詳らかにするべく、日々研究を続けています。
ここでは現在進行中の研究テーマと、実験手法・技術についてご紹介します。


研究内容

拡張多極子による動的応答
   UNi4Bのトロイダル秩序状態における新しい電流誘起磁化現象
5f 電子系の磁性と超伝導
   URu2Si2における隠れた秩序と微弱反強磁性
   c-f混成によって誘発されるURu2Si2の格子不安定性(パルス強磁場下超音波測定)
   重い電子系超伝導体UBe13の超伝導混合状態における磁気特性
   112希薄系における局所的非フェルミ液体異常
4f 電子系の磁性と超伝導
   重い電子系超伝導体UPt3における極低温磁化測定
   EuIn2P2における磁場中比熱測定
   SmOs4Sb12 の静水圧力下超音波測定
   磁場に鈍感な重い電子系スクッテルダイト化合物 SmOs4Sb12 のラットリング
   (ラットリングを示す充填スクッテルダイト化合物の磁性と超伝導)
   TmM2Si2(M: 遷移金属)系の磁性
   非フェルミ液体的振る舞いを示す YbRh2Si2 の極低温磁性


研究手法/実験装置(一覧)

極低温基礎物性測定
   キャパシタンス式極低温精密磁力計を用いた磁化測定(100μW希釈冷凍機)
   SQUID磁束計による磁化測定、交流磁化率測定
   緩和法比熱測定(HELIOX)
   電気抵抗測定(Handmade希釈冷凍機)
 高圧下物性測定
   インデンターセルによる高圧下電気抵抗・AC磁化測定
   MPMS用インデンター&ピストンシリンダセルによる静水圧下DC磁化測定
   ピストンシリンダセル断熱法比熱測定
 超音波物性測定
   位相比較法(ヘテロダイン検波)を用いた弾性定数測定
   蒸着装置&ネットワークアナライザ(超音波圧電素子制作)
微視的測定
   中性子散乱実験
   共鳴X線散乱実験
   ミュオンスピン回転・緩和・共鳴(muSR)実験
物質合成
   テトラアーク炉によるチョクラルスキー法単結晶試料育成
   プラズマジェット炉による多結晶試料育成
   フラックス法による単結晶試料育成
   放電加工機
   物質評価(X線構造解析・EPMA等)




緩和法比熱測定

熱緩和法とは、試料に与えていた熱を切った際の試料温度の緩和現象から比熱を求める実験手法です。具体的には、試料の回りに精密に温度コントロール可能な熱浴T0を作り、試料と熱浴との間を比較的弱い熱伝導パス(熱伝導度KW)で結びます。(図1)試料部には小型の温度計とヒーターを装着し、このヒーターに通電する事で試料温度を熱浴よりΔT だけ高い定常状態で保持しておきます。その後、一気にヒーターを切ると熱伝導パスを通じて試料から熱浴に熱が逃げて行きます。この温度緩和過程は通常指数関数型になり、その時定数を解析する事により試料部の比熱を求めます。 この実験手法により、わずか数mg程度の小さな試料の比熱を広い温度範囲かつ強磁場中で測る事が出来ます。比熱からは物質のエントロピーを見積もる事ができて、系のもつ微視的自由度の振る舞いを予想できます。比熱は物質の性質を理解する上で最も重要な物理量のひとつです。我々の研究室では、
Heliox :0.36 [K] < T < 200 [K] 、 B < 12 [T] (図2)
PPMS :2 [K] < T < 380 [K] 、 B < 9 [T]    (図3)
これらの装置により比熱測定を行っています。図4にPPMSでの実際の測定結果を示します。

図1

図2

図3

図4


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Topics: Double ultrasonic dispersions due to rattling in SmOs4Sb12

Magnetic-Field-Independent Ultrasonic Dispersions due to Rattling in the Magnetically Robust Heavy Fermion System SmOs4Sb12
Tatsuya YANAGISAWA, Yoichi IKEDA, Hitoshi SAITO, Hiroyuki HIDAKA, Hiroshi AMITSUKA, Koji ARAKI, Mitsuhiro AKATSU, Yuichi NEMOTO, Terutaka GOTO, Pei-Chun HO, Ryan E. BAUMBACH, and M. Brian MAPLE

Elastic properties of the filled skutterudite compound SmOs4Sb12 have been investigated by ultrasonic measurements. The elastic constant C12(\omega) shows two ultrasonic dispersions at ∼15 K and ∼53 K for frequencies \omega between 33 and 316 MHz, which follow a Debye-type formula with Arrhenius-type temperature-dependent relaxation times, and remain unchanged even with applied magnetic fields up to 10 T. The corresponding activation energies were estimated to be E2 = 105 K and E1 = 409 K, respectively. The latter, E1, is the highest value reported so far in the Sb-based filled skutterudites. The presence of magnetically robust ultrasonic dispersions in SmOs4Sb12 implies a possibility that an emergence of a magnetically insensitive heavy fermion state in this system is associated with a novel local charge degree of freedom which causes the ultrasonic dispersion.


J. Phys. Soc. Jpn. 80 (2011) 043601.

(also available on cond-mat/1010.1387)

SmOs_4Sb_12 Ultrasonic Dispersion

Figures (a) Comparison of the ultrasonic dispersions that appear in elastic constant C11 of ROs4Sb12 (R = La-Sm) at several frequencies. Lower arrowheads with numbers 1 and 2 indicate the relaxation point \omega\taui ∼ 1 for i = 1 and 2, respectively. (\omega is ultrasonic frequency and \tau is relaxation time) The displayed data have been shifted to eliminate overlapping with each other and the SmOs4Sb12 data are magnified three times for the \Delta C11/C11-axis. (b) Arrhenius plots of the characteristic parameters of the ultrasonic dispersions (Attempt time: \tau0(i), Activation Energy: Ei) for ROs4Sb12 (R = La-Sm).

(*This research was performed at UC San Diego, Hokkaido University, and Niigata University in 2010.)


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Facilities

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  •   
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Refrigerators

3He-4He Dilution Fridge 3He-4He Dilution Refrigerator (Oxford Instruments)
+ Superconducting Magnet 9 T
3He Fridge (Heliox) 3He Single-Shot Refrigerator (Heliox, Oxford Instruments)
+ Superconducting Magnet 12 T
3He Fridge (Heliox)  Secondary 3He Single-Shot Refrigerator (Heliox, Oxford Instruments) Secondary
Homemade Dilution Fridge Homemade Dilution Refrigerator (Gas-Handling System)
Homemade Dilution Fridge Homemade Dilution Refrigerator (Cryostat)
3He Gas Handling Sytem (Homemade) 3He Gas Handling System
Top Loading Probe for 3He Single Shot Top Loading Probe for 3He Single Shot Fridge
Metal Dewar with 8TSCM Metal Dewar with 8T SCM
6T SCM (Split Magnet) 6T SCM (Split Magnet)
Mini Fridge Top Loading 4He Mini-fridge
4He Fridge 4He Refrigerator

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[TOPICS] EuIn2P2における磁場中比熱測定

図1 EuIn2P2の磁場中電気抵抗

EuIn2P2は六方晶 (空間群:P6(3)/mmc)の結晶構造を持ち,Tc = 24 Kにおいてキャントした強磁性秩序を起こす物質である.この物質の電気伝導や磁化測定は磁場効果を含めて研究されており,Tc近傍で巨大磁気抵抗を示すことが知られている.しかし,基本物性の一つである比熱測定は行われていなかった.そこで,EuIn2P2の熱特性を調べるために,試料作製および強磁場下における比熱測定を行った.その結果,強磁性転移は二次相転移であることやEuイオンのもつf電子は低温まで局在していることなどが熱特性の観点から確かめられた.磁場効果も強磁性体において期待されるものであり,強磁性転移が起きているという磁気測定の結果と一致した.


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プラズマジェット炉

to be published.


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