J-MaterialLab.

[Method] キャパシタンス式磁力計を用いた極低温精密磁化測定

　低温で磁化を測定する方法としては、試料をピックアップコイルの中で動かして誘導起電力を測る誘導法と試料に交流磁場をかけて応答をみる交流法が、これまで主に用いられてきました。しかし、これらの方法では摩擦や誘導電流による発熱があるため、1 K以下の極低温下で精密な測定を行うことは非常に困難でした。私たちのグループでは、榊原教授（現、東大物性研教授）、卒業生の田山孝氏（現、東大物性研助手）らが中心となって独自の磁力計を開発し、希釈冷凍機温度領域（40 mK ~ 5 K）で9万エルステッド（参考までに、地磁気の大きさは0.1エルステッド以下）までの磁場掃引による高感度磁化測定を可能にしました。

キャパシタンス式磁力計の動作原理図

　この磁力計は、磁性体に働く力が磁化と磁場勾配に比例することを利用したものです。磁性体に働く力に比例して平行平板コンデンサー（電極間距離約 0.1 mm）の可動電極が動き、静電容量が変化するので、この静電容量を高精度キャパシタンスブリッジで正確に測ることによって磁化がわかるという仕組みです。つまり、下図のようなキャパシタンス式の「バネばかり」で磁性体に働く力を測定しているのです。試料をほとんど動かす必要が無いので発熱が無いことが、極低温領域での静的磁化測定を可能にした理由です。この装置の開発により、たとえば、重い電子系の異方的超伝導状態における熱平衡磁化の振る舞いを初めて明らかにすることができました。私達は現在、静水圧下および1軸応力下で磁化測定を可能にするため、さらに装置の機能を拡張しています。

キャパシタンスセル	圧力セル搭載型改良キャパシタンスセル
極低温磁化測定システムを組み込んだ 100マイクロワット3He-4He希釈冷凍機 ( 0.04 K < T < 20 K, B < 9 T）	断熱セル内部

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