ポスター発表

No. Name Title 頁

26P01 左近拓男T. SAKON

強制磁歪測定によるNi2MnGaの遍歴磁性の研究

Forced Magnetostriction of Ni2MnGa around the Curie Temperature 45

26P02 山田宗孝M. YAMADA

固体酸素の磁場誘起構造相転移における格子変形観測の試みAn Attempt to Observe Lattice Transformation in the Magnetic-Field-InducedStructural Phase Transition in Solid Oxygen

46

26P03 中村大輔D. NAKAMURA

超強磁場下での非接触電気伝導度測定The Contactless Electrical Conductivity Measurement under the Ultra-HighMagnetic Field

47

26P04 鈴木悠太Y. SUZUKI

メガガウス領域でのSr2VO4の磁化過程

Magnetization Process of Sr2VO4 in Megagauss Magnetic Fields 48

26P05 周　旭光ZHOUXUGUANG

パルス強磁場におけるTlCuCl3の反強磁性の横磁化検出に関する研究

Study on Measurement of Lateral Magnetization in Antiferromagnetic State ofTlCuCl3 in Pulsed High Magnetic Field

49

26P06 杨 卓Zhuo YANG

磁気光学分光法を用いたペロブスカイトの励起子特性の検討Investigation of Excitonic Properties of Perovskite Using Magneto-OpticalSpectroscopy

50

26P07 今城周作S. IMAJO

パルス強磁場を用いた有機伝導体の電子物性研究Study of Electronic Properties of Organic Conductors by Pulsed HighMagnetic Fields

51

26P08 小濱芳允Y. KOHAMA

コプレーナ・ウェーブガイドによる破壊型磁場下での物性測定Application of Coplanar Waveguides for the Measurement of PhysicalProperties under Destructive High Magnetic Fields

52

26P09 鳴海康雄Y. NARUMI

パルス強磁場下I-V 測定技術の開発と高温超伝導研究への応用Development of I-V Measurements under Pulsed High Magnetic Fields and itsApplication to HTSC

53

26P10 栗原綾佑R. KURIHARA

超音波計測を用いたBa2CuGe2O7の弾性定数のパルス強磁場依存性

Pulsed Field Dependence of Elastic Constants in Ba2CuGe2O7 by Using

Ultrasonic Measurement54

26P11 後藤貴行T. GOTO

金ナノ粒子による糖分認識センサーのNMRNMR Study on the GNP-based Sugar Recognition System 55

26P12 三田航平K. MITA

超強磁場中高周波透過法による磁場誘起絶縁体金属転移の探索Quest for the Magnetic Field-Induced Insulator-Metal Transition Using anUltarahigh-Magnetic-Field RF Transmission Technique

56

26P13 柿田頼輝Y. KAKITA

超強磁場下におけるYbB12の相転移現象

Phase Transitions in YbB12 in Ultrahigh Magnetic Fields 57

26P14 水戸陵人R. MITO

正四角台塔系Pb(TiO)Cu4(PO4)4の強磁場ESR

High-Field ESR in Pb(TiO)Cu4(PO4)4 with Cu4O12 Square Cupolas 58

26P15 秋元 昴S. AKIMOTO

Shastry-Sutherland反強磁性体SrCu2(BO3)2の磁場温度相図

Field-Temperature Phase Diagram of Shastry-Sutherland AntiferromagnetSrCu2(BO3)2

59

26P16 佐藤和樹K. SATO

強磁場下でMultiple-q 相を発現する幾何学的フラストレート磁性体の研究Multiple-q States Predicted to Appear in Geometrically Frastrated Magnets inHigh Magnetic Fields

60

－4－

No. Name Title 頁

26P17 田原大夢T. TAHARA

BaVS3でみられるメタ磁性転移の圧力依存性

Pressure Dependence of the Metamagnetic Transition in BaVS3 61

26P18 大久保 晋S. OKUBO

ヌル検出法によるテラヘルツ電子スピン共鳴測定Development of Terahertz ESR Measurements Using the Null DetectionMethod

62

26P19 厳 正輝M. GEN

S =1/2 擬1次元フラストレート磁性体LiCuVO4の磁気熱量効果

Magnetocaloric Effect in S =1/2 Quasi-1D Frustrated Magnet LiCuVO4 63

26P20 土田 稜R. TSUCHIDA

パルス強磁場中での被覆銅細線束の発熱評価Estimation of Heat up Effect of a Coated-Cu-Wires-Bundle by a Pulsed HighMagnetic Field

64

26P21 木田孝則T. KIDA

遍歴電子反強磁性体Mn2Pの強磁場物性

High-Field Magnetic and Transport Properties of the Itinerant AntiferromagnetMn2P

65

26P22 太田 仁H. OHTA

神戸大学における多重極限強磁場THz ESRDevelopment of Terahertz High Field ESR Measurement System at KobeUniversity

66

26P23 松尾 晶A. MATSUO

パルス強磁場発生用電磁石に用いる銅銀合金線の組織観察Microscopic Observation of Copper-Silver Alloy for Generating High MagneticFields

67

26P24 木原 工T. KIHARA

ホイスラー合金Pd50Mn36.75Sn13.25のパルス強磁場下磁気熱量特性

Magnetocaloric properties under Pulsed High Magnetic Field in Heusler AlloyPd50Mn36.75Sn13.25

68

26P25 池田暁彦A. IKEDA

固体酸素の異常な磁歪の研究Study of Anomalous Magnetostriction of Solid Oxygen 69

－5－

強制磁歪測定による Ni2MnGa の遍歴磁性の研究 左近 拓男，林 佑飛，藤本 尚己, 鹿又 武 1，野尻 浩之 2，安達 義也 3

龍谷大理工，東北学院大工総研 1，東北大金研 2，山形大工 3

Forced magnetostriction of Ni2MnGaaround the Curie Temperature

T. Sakon, Y. Hayashi, N. Fujimoto, T. Kanomata1，H. Nojiri2, Y. Adachi3 Fac. Sci. Tec., Ryukoku Univ.,Res. Inst. Eng. Tec., Tohoku Gakuin Univ.1,

IMR, Tohoku Univ.2,Fac. Eng., Yamagata Univ.3

Keywords：Heusler alloy, magnetostriction, itinerant magnetism

近年，高橋らにより，強磁性体の磁化などの磁性・物性量を遍歴磁性スピンゆら

ぎ理論を用いて解析がなされている[1]。キュリー温度 TC近傍では磁化の 5 乗が磁場

に比例することを理論的に提唱した。西原らの磁化測定から, Ni2MnGa でも，高橋

理論に適応することが報告されている[2]。高橋理論ではさらに，TC 近傍での磁歪の

磁化依存性について理論的考察がなされている[1]。それによると，磁歪λと磁化 M

の関係はλ∝M4である。本実験では，Ni2MnGa の TC = 375 K 近傍の磁化ならびに磁

歪を測定し，両者の相関について解析ならびに考察を行なった[3]。

試料は山形大学工学部で育成された Ni2MnGa 多結晶試料を用いた[4]。磁歪測定は

東北大学金研強磁場超伝導材料研究センターのヘリウムフリー磁石で，歪みゲージ

を用いて行なった。

磁化 M の磁場依存性については，TC近傍での Mδvs. H の関係がδ= 4.7 のときに原

点を切る直線となった。このδの値は西原らの結果と一致した[2]。高橋理論ではδ

= 5.0 と説明されているが，この理論に関する文献 1 でも諸々の強磁性体の実験から

は,δが 4 から 5 程度であることが記述されている測定した 0〜5T の範囲で原点を通

る直線にほぼ一致し，高橋理論と一致する結果となった[3]。発表では，磁化及び磁

歪の結果について，他の強磁性合金・化合物と比較し，遍歴磁性について議論を行

なう。

参考文献

[1] Y. Takahashi, Spin Fluctuation Theory of Itinerant Electron Magnetism (Springer, 2013）.

[2] H. Nishihara, K. Komiyama, I. Oguro, T. Kanomata, and V. Chernenko, J. Alloys Compds. 442, 191 (2007).

[3] T. Sakon, Y. Hayashi, N. Fujimoto, T. Kanomata, H. Nojiri, and Y. Adachi, J. Appl. Phys. 123, 213902 (2018).

[4] T. Sakon, N. Fujimoto, T. Kanomata, and Y. Adachi，Metals 7, 410 (2017).

－45－

固体酸素の磁場誘起構造相転移における格子変形観測の試み 山田宗孝，池田暁彦，松田康弘

東京大学 物性研究所

An attempt to observe lattice transformation in the magnetic-field-induced structural phase transition in solid oxygen M. Yamada, A. Ikeda, Y. H. Matsuda

ISSP, University of Tokyo

Keywords：solid oxygen, phase transition, magnetostriction 等核二原子分子である酸素はスピントリプレットを基底状態とするために電子ス

ピン由来の磁性をもつ。単体でこのような特性を持つ分子は他に無く、特徴的な物

性を示す。液体や固体状態の酸素では分子間の相互作用が強くなるため、この磁気

的性質が物性に大きく影響する。中でも固体酸素には様々な結晶構造が存在し興味

の対象となっている。これらの結晶構造は等方的なファンデルワールス力と異方的

な磁気的相互作用のバランスによって決定されるため、固体酸素はしばしば“spin controlled crystal”と呼ばれる。温度や圧力を制御することによってファンデルワー

ルス力と磁気的相互作用の均衡は崩れ、固体酸素は新たな構造へと変化する。現在

までに温度－圧力相図の詳細な研究が行われ、大気圧下でα, β, γの３つ、高圧下

でδ, ε, ζ, ηの４つの相が確認されている[1]。一方で、酸素の磁場－温度相図に

関する研究は最近までほとんど行われていなかった。これは固体酸素の内部磁場が

非常に大きく、磁場誘起相転移を調べるためには 100 T 級の超強磁場が必要となる

為である。 当研究室では先行研究において、120 T の超強磁場領域で固体酸素の磁場誘起相転

移が報告されている[2][3]。ここで出現した相は前出の７つの相のどれとも特徴が一

致せず、新規な強磁場相と考えられた。この相を８番目の固体酸素相としてθ相と

呼ぶことにし、それ以来研究が続けられている。しかし、このθ相の出現には 100 T以上の超強磁場を必要とすることから、詳細な物性に関しては未解明である。この

ような極限的な環境においては測定の手法が限られており、実験から得られる情報

にも限界がある。一方で、近年 FBG (Fiber Bragg Grating) と呼ばれる手法を用いて超

強磁場領域での磁歪測定が可能となった[4]。FBG とは複数の回折格子が刻まれた光

ファイバを用いた技術であり、帯域を持った光が FBG を通過する際、特定の波長成

分だけが反射し、その他の波長成分は透過する。ファイバの伸縮に伴って回折格子

の間隔は変化するため反射する波長成分も変化し、歪みを測定することができる。

その精度は航空機の点検にも用いられるほどである。本研究では FBG によって固体

酸素の磁場誘起構造相転移における格子変形を直接観測することを目的として研究

を開始した。発表では測定に向けた技術開発の詳細と予備的な実験結果について報

告する予定である。 [1] Yu. A. Freiman and H. J. Jodl, Physics Reports 401, 1-228 (2004) [2] T. Nomura, Y. H. Matsuda, S. Takeyama, A. Matsuo, K. Kindo, J. L. Her, and T. C.

Kobayashi, Phys. Rev. Lett. 112, 247201 (2014) [3] T. Nomura, Y. H. Matsuda, S. Takeyama, A. Matsuo, K. Kindo, and T. C. Kobayashi,

Phys. Rev. B 92, 064109 (2015) [4] A. Ikeda, T. Nomura, Y. H. Matsuda, S. Tani, Y. Kobayashi, H. Watanabe, K. Sato, Rev.

Sci. Instrum. 88, 083906 (2017)

－46－

超強磁場下での非接触電気伝導度測定

中村大輔，池田暁彦，松田康弘，嶽山正二郎

東京大学物性研究所

The Contactless Electrical Conductivity Measurement under the Ultra-High Magnetic Field

D. Nakamura, A. Ikeda, Y. H. Matsuda，S. Takeyama

The Institute for Solid State Physics, University of Tokyo

Keywords：electrical conductivity, single-turn coil, electromagnetic flux compression

100T 以上のパルス超強磁場領域における金属的な物質の電気伝導度測定は一般に

困難であるとされてきた。磁場のパルス幅がマイクロ秒スケールであるために、通

常の 4 端子抵抗測定で用いるリード線と試料とのループ部分に誘導起電力が発生し、

試料本来の信号を覆い隠してしまう。そのために、非接触型の電気伝導度測定法が

有用である。最近我々が開発した「自己共振コイル法」による高周波電気伝導度測

定装置によって、一巻きコイルにより発生した磁場領域(<102T)で精度のよい測定が

可能になった[1]。この測定装置を用いて現在行っている２種類の物性測定について

紹介する。 一つ目は、一巻きコイルで発生した磁場を用いた、銅酸化物高温超伝導体の上部

臨界磁場測定である。層状構造を持つ銅酸化物高温超伝導体では、伝導面である

CuO2 面に平行に磁場を印加した場合(B//ab)に、超伝導が壊れる上部臨界磁場が大き

くなることが知られているが、絶対零度付近における上部臨界磁場の値はパルスマ

グネットでしか到達できない強磁場領域にあるために、物性研究の例があまりない。

代表的な銅酸化物高温超伝導体の一種である La1.84Sr0.16CuO4 を用いた上部臨界磁場

が B//ab の配置で 85T であること、さらに超伝導-常伝導転移がパウリ常磁性効果に

起因する一次転移であることが判明したことを示す。 二つ目は、電磁濃縮法で発生した磁場を用いた、ナローギャップ半導体の一種で

ある鉄モノシリサイド FeSi の半導体-金属転移に関する研究である。電磁濃縮法[2]で発生できる 1000T 級の磁場は、エネルギーに換算して 116 meV に相当する。その

ため、ゼーマン効果によるエネルギーバンドのシフトが、ナローギャップ半導体な

どの物質における電子状態を大きく変えることが期待される。FeSi は、数百 T の超

強磁場領域においてメタ磁性転移とともに半導体-金属転移が生じることが理論的に

提唱されている物質である[3]。電磁濃縮法により発生した 400T までのパルス磁場

下で、270T 付近に電気伝導度の急激な増大を示唆する高周波電気伝導度測定結果が

得られたことに関して報告する。 [1] D. Nakamura et al., Meas. Sci. Technol. 89, 016106 (2018). [2] D. Nakamura et al., Rev. Sci. Instr. 89, 016106 (2018). [3] H. Yamada et al., Physica B 281-282, 267 (2000).

－47－

メガガウス領域での Sr2VO4の磁化過程

鈴木悠太,松田康弘

東大物性研

Magnetization process of Sr2VO4 in megagauss magnetic fields

Yuta Suzuki, Yasuhiro H. Matsuda

ISSP, UTokyo

Keywords: Mott insulator, orbital order, magnetic field induced phase transition

バナジウム酸化物 Sr2VO4 は K2NiF4 型構造を持ち、V4+ (3d1) が二次元正方格子を形

成する、S = 1/2 のモット絶縁体である。正方対称の結晶場によって基底状態が縮退し

た dyz /dzx 軌道を 1 つの 3d 電子が占有し軌道自由度が残ることから、スピン軌道相

互作用によって非自明な磁気的性質が発現することが予想される。この系では以下のよ

うな構造相転移が観測される。高温では正方晶であり、 T2 = 127 K で直方晶に転じた

後、T1 = 101 K で再び正方晶になる[1]。この構造相転移の起源はまだ明らかになってい

ない。磁気的状態に関しては TN = 10 K で反強磁性転移がみられ、この温度領域のみで

内部磁場が観測される[1]。また基底状態に関して、ストライプ型スピン軌道秩序モデ

ル[2]と磁気八極子秩序モデル[3]が提案されているが明らかとなっていない。 これまでに強磁場磁化過程の報告はほとんどないが、最近、物性研、徳永研の三宅ら

によって 60 T までの磁化過程が調べられた。そこでは、温度に依存する非単調な磁化

過程が見出されたが[4]、飽和磁化の 1/5 程度しか観測されておらず、さらに強磁場領域

での実験が望まれていた。本研究では磁場誘起新規相の探索を目的に、一巻きコイル法

を用いて 100 T 以上の磁場領域における磁化測定を行った。発表では詳細な実験結果に

ついて報告する予定である。また、本研究で用いた粉末結晶は東大物性研の山内徹氏を

通して物質・材料研究機構の櫻井裕也氏より提供頂いている。ここに感謝する。 [1] I. Yamauchi, et al., Phys. Rev. B. 92, 064408 (2015) [2] Y. Imai et al., Phys. Rev. Lett. 95, 176405 (2005) [3] G. Jackeli et al., Phys. Rev. Lett. 103, 067205 (2009) [4] 三宅厚志ら、未出版

－48－

パルス強磁場における TlCuCl3の反強磁性の横磁化検出に関する研究 周旭光，松田康弘，野村和哉，池田暁彦

東京大学 物性研究所

Study on Measurement of Lateral Magnetization in Antiferromagnetic State of TlCuCl3 in Pulsed High Magnetic Field

X.G. Zhou, Y. H. Matsuda, K. Nomura, A. Ikeda

Institute for Solid State Physics, University of Tokyo

Keywords：TlCuCl3, Dimer, Lateral magnetization

スピンダイマー系は顕著な量子効果のため磁場下で興味深い磁化過程を示す。

TlCuCl3は三次元ダイマー系の 1 つであり、強磁場下でマグノンのボースアインシュ

タイン凝縮が実現する [1]。または、磁場によりスピンダイマー系から三次元の長距

離磁気序が誘起されたと言い換えることもできる。その際に、反強磁性秩序は外部

磁場と垂直方向成分で生じ、横磁化が長距離磁気秩序の特徴を反映する。中性子回

折により磁気構造が決定され[2]、横磁気モーメントの磁場依存性も見積もられてい

る[3]が TlCuCl3 の飽和磁場は 100 T 程度と高く、凝縮過程の初期段階の領域のみの

観測にとどまっている。

本研究は一巻きコイルによる 100 T パルス磁場下で、交流磁化率測定から

TlCuCl3 の横磁化の磁気秩序の観測を試みる。交流磁化率は自作の小型ピックアップ

コイルを用いる。横交流磁化率の信号を観測するにはいくつ問題がある。1 つは検

出コイルからの信号が小さく、破壊型磁場発生手法である一巻きコイル法で生じる

電磁ノイズが大きいため、信号の検出は容易ではない点である。2 つ目はパルス磁

場が 7 マイクロ秒程度と短いため、交流周波数は 10 MHz 程度以上であることが必

要となる点である。しかし一方で、スピンの本質的な緩和時間を考慮すると上限の

周波数も物質によって決まると考えられる為、注意が必要となる。今回、上記の二

つ問題を考慮して、試みに 4 ミリメートルの直径の交流磁化率コイル（磁場コイル

6層、検出コイル４層）を製作した。30 ~ 80 MHｚコイル特性の予備実験を室温で行

ったところ、入力に対して十分な検出コイルの出力が得られ、実際の測定に使用可

能であると期待できる結果を得た。発表では、ピックアップコイル及びプローブ製

作の現状と低温、弱磁場での予備実験の結果について報告する予定である。

研究に用いた TlCuCl3単結晶は東京工業大学の田中秀数先生からご提供頂いた。

ここに深く感謝する。

[1] T. Nikuni et al., Phys. Rev. Lett. 84, 5868 (2000).

[2] H. Tanaka et al., J. Phys. Soc. Jpn. 70, 939 (2001).

[3] M. Matsumoto et al., Phys. Rev. Lett. 89, 077203 (2002).

－49－

Investigation of Excitonic Properties of Perovskite Using Magneto-Optical

Spectroscopy

Z. Yang1,2, A. Surrente2, K. Galkowski2. A. Miyata2, A. A. Haghighirad3, R. Sutton3, H. J. Snaith3

P. Plochocka2, R. J. Nicholas3

1 International MegaGauss Science Laboratory, Institute for Solid State Physics, The University

of Tokyo, Kashiwa 277-8581, Japan. 2 Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, UPR 3228, CNRS-UGA-UPS-INSA,

Grenoble and Toulouse, France. 3 University of Oxford, Clarendon Laboratory, Parks Road, Oxford, OX1 3PU, U. K.

The intense development in the field of hybrid organic-inorganic perovskites has led to a

dramatic increase in the power conversion efficiencies of perovskite-based solar cells, which

currently exceeds 23%. A very important parameter for the optimization of the performance of

perovskite solar cells is the exciton binding energy, which determines the nature of the optical

transition in the light absorber.

(a) Energy diagrams for excitonic and Landau level transition as a function of magnetic

field for MAPbI3 single crystal. (b) Exciton binding energy and (c) effective mass as a

function of the bandgap for different hybrid perovskite compounds.

In this work, we have determined the exciton binding energy via magneto-optical spectroscopy

method. In Fig. (a), we show the an example of the energy diagrams for excitonic and inter

Landau level transitions of a MAPbI3 single crystal in the orthorhombic phase. We fit the

excitonic transitions with a hydrogen-like model and with free carrier Landau levels at high

energy, giving an exciton binding energy of 16 ± 2meV and a reduced mass of 0.104 ± 0.005

m0. Then, we applied this method to other hybrid perovskites (FAPbX3 and CsPbX3 families),

and extract the exciton binding energy and reduced mass, as shown in Fig. (b)(c). We found

that the exciton binding energy in the whole perovskite family are less than the thermal energy

at room temperature, suggesting that the optical transitions in hybrid perovskites are mainly

contributed from the free carriers, and the whole hybrid perovskite families can be used for

photovoltaic devices.

References

[1] Z. Yang et al., J. Phys. Chem. Lett. (2017), 8, 1851-1855.

[2] Z. Yang et al., ACS Energy Letters (2017), 2(7), 1621-1627.

－50－

パルス強磁場を用いた有機伝導体の電子物性研究今城周作，小濱芳充，金道浩一

東京大学物性研究所

StudyofElectronicPropertiesofOrganicConductorsbyPulsedHighMagneticFieldsS.Imajo,Y.Kohama，K.Kindo

TheInstituteforSolidStatePhysics(ISSP),theUniversityofTokyo

Keywords：organicconductor,pulsedmagneticfield

本研究での研究対象である有機伝導体では、有機分子内の π 電子が伝導を担う。特徴として、有機分子であるために化学修飾・置換が可能であり、類縁体の合成が

容易である・分子形状やサイズの特異性から欠陥や不純物の混入が少なく、クリー

ンな伝導層を形成する・弱い分子間力によって積層しているため外場への応答が鋭

敏である、などの利点がある。また、分子の特徴的な形状や配列により、同一組成

でも数多くの多形構造をもち、それぞれ異なった電子物性を示すことから、超伝導

や電荷秩序、Mott絶縁体、Dirac電子系をはじめ様々な電子物性の研究が可能な系である。一方、結晶が柔らかいことによる脆弱性、大きな単結晶の成長が困難である、

などの測定上の欠点を抱えており、基本的な実験データもとられていない場合も多

い。パルス強磁場下の実験は更に少なく、ほとんど行われていなかった。そこで本

研究では有機伝導体のパルス強磁場下物性測定を目的とし、装置開発や各種測定を

行っている。特に、有機導体の熱量測定に向けた熱量計の作成や測定手法開発を行

っており、電子状態の熱力学的議論を目指している。 これまでにいくつかの有機伝導体試料の電気抵抗・磁気トルク・熱容量測定を行

っており、量子振動による電子状態の議論や FFLO 超伝導状態の観測、低温強磁場での電子熱容量回復などを確認している。当日はこれまでの結果を報告する。

－51－

コプレーナ・ウェーブガイドによる破壊型磁場下での物性測定 小濱 芳允

東大物性研

Application of Coplanar Waveguides for the Measurement of Physical Properties under

Destructive High Magnetic Fields Y. Kohama

ISSP, U-tokyo

Keywords：破壊型磁場, 測定技術, 伝送回路

破壊型パルス磁石は１００テスラを超える超強磁場を発生できるが、磁場の発生

タイムスケールが～１０マイクロ秒と極端に短く、さらに磁場発生に関わるノイズ

も～１０ボルトと非常に大きい。このため破壊型パルス磁場下では電気的な測定は

非常に困難であり、光を用いた実験が主な研究ツールであった。しかしこのような

極限的環境においても、ピックアップコイルのみで構成される磁場測定回路や磁化

測定回路などの電気回路は、問題なく作動する [1]。これは“測定回路が単純なため

応答速度が速い”ことと、破壊型パルス磁場特有の早い磁場掃引速度に比例した

“大きなシグナル”が得られるためである。

近年、前述した磁場測定回路や磁化測定回路と類似した構造を持つ“シンプルな

磁気抵抗測定回路”が立案された。この回路は応答速度が速く、掃引速度に比例す

る大きなシグナルを得られるため、破壊型パルス磁場下においても作動することが

示された[2,3]。この測定回路の特徴は、コプレーナ・ウェーブガイド構造を持つフ

レキシブル基盤を利用していることである（図１）。コプレーナ・ウェーブガイド構

造は『１．コモンモードノイズをほぼ１００％除去することが可能』で、『２．回路

の特性インピーダンスの均一化が容易』、そして『３．渦電流が発生しにくい』とい

う複数のアドバンテージを持つ。このため磁気抵抗測定においては、測定の高速化

や磁場発生によるノイズの低減に大きく貢献していた。

本研究では、このようなコプレーナ・ウェーブガイド構造を利用することで、超

強磁場領域においても、様々な電気的測定が可能と考えた。これまで、幾つかのコ

プレーナ構造を利用して、高周波

伝導や磁気熱量効果などの電気的

測定に挑戦しており、この結果を

報告する。コプレーナ・ウェーブ

ガイド構造の利用により、破壊型

パルス磁場下でどのような研究が

展開可能であるかについて、デー

タを交えつつ解説し、今後の展望

を議論する。

参考文献; [1] S. Takeyama et al., J. Phys. Soc. Jpn. 81, 014702 (2012). [2] Y. Kohama et al.,

日本物理学会 73回年次大会, 25aK303-5. [3] Y. Kohama et al., in preparation.

図１；様々なコプレーナ・ウェーブガイド構造をもつフレキ

シブル基盤

－52－

パルス強磁場下 I-V測定技術の開発と高温超伝導研究への応用 鳴海康雄，常深文夫，木田孝則，岡本陸 1，掛谷一弘 1，萩原政幸

阪大先端強磁場，京大院工 1

Development  of  I-­‐V  measurements  under  pulsed  high  magnetic  fields  and  its  application  to  HTSC  

Y.  Narumi,  F.  Tsunemi,  T.  Kida,  R.  Okamoto1,  I.  Kakeya1,  M.  Hagiwara    AHMF,  Osaka  Univ.  ,  Dept.  Electronic  Sci.  and  Eng.,  Kyoto  Univ.1  

Keywords：I-V 測定, パルス強磁場, 高温超伝導

パルス強磁場下の磁性研究では、巨視的な静的磁気物性を観測する強磁場磁化測定と、系を記述するスピンハミルトニアンのエネルギー構造を分光学的に直接決定できる電子スピン共鳴(ESR)を両輪とした、マクロ-ミクロの相補的実験が広く行われている。これを電子物性研究に置き換えると、前者は磁気抵抗やホール効果測定であり、後者は光電子分光やトンネル分光測定に相当する。しかし、光電子分光実験の要である電子分光器は外部磁場の影響を極限まで排する必要があるため、磁場下の光電子分光実験は技術的に成立しない。一方で、空間走査を行わないトンネル分光実験はその技術の根幹は電流-電圧(I-V)測定であることから、一般的なパルス強磁場磁気抵抗測定のように、磁場の時間変化に対して十分高速で電圧印加を変調させることでパルス強磁場下でもトンネル分光測定が実施可能であると考えられる。トンネル分光実験では印加電圧を走査で得られる I-V 特性の非線形性からマクロな電子物性を支配するバンド構造を決定する。このことは、旧来のマクロな伝導測定のみで行われた研究に対して、磁気分光測定を生かした磁性研究と同様にして、電子分光測定と磁気抵抗測定とを相補的に生かした質の高い電子物性研究が期待される。 このような観点からの強磁場トンネル分光実験は、仏国 Toulouse の約 400 msecという長時間パルス磁場を利用して結晶中にトンネル接合を持つ NbSe3 に対して実施されており、電荷密度波のエネルギーギャップの磁場依存性を反映した dI/dV ピークの変化が報告されている[1]。そこで我々は、阪大強磁場で常設されている持続時間が 40 msec と大幅に短いパルス磁場においても強磁場トンネル分光実験が可能かを実証する研究開発を数年前から進めてきた。そして最近、微細加工を施した高温超伝導体 Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212)に対して1 kHz の正弦波の交流電圧を用いた固有トンネル分光測定を行ったところ、dI/dV曲線に見られるピーク電圧値が磁場に対して対数関数的に減少する変化の観測に成功した[2]。この結果は、超伝導の起源となるギャップ構造の磁場変化を直接とらえた重要な成果である。ただし、実験で得られた I-V 特性には電圧走査に対する電流応答に遅延がみられていることから、より高い周波数特定を有した測定系への改良が求められている。そこで我々は、40 Tの磁場印加で約 1000 倍の正の磁気抵抗効果を持つ Bi 単結晶の I-V 測定を行って、広い試料抵抗と印加電圧周波数領域に対する装置の特性評価のための実験を行った。その結果、1 kHz の正弦電圧を印加では、数 mΩから数Ωの抵抗変化に対して、ほとんどヒステリシスの無い線形な I-V 曲線を得た。一方で、周波数を 10 kHz にした場合では、抵抗値の増大に伴い I-V 曲線のヒステリシスが大きくなる結果となった。周波数特性の向上は、I-V 曲線測定中における磁場変動を小さくすることに効果があるだけで無く、I-V 測定が試料に与える熱の抑制が期待されるパルス電圧印加の測定を実現させるためにも重要な課題である。本発表では、Bi2212や Bi単結晶などを用いて行った種々の測定結果を紹介しながら阪大強磁場におけるパルス強磁場 I-V測定装置開発の現状に関して報告する。

[1] P. Orlov et al., JETP Letters, 87, 433 (2008) [2] 岡本陸, 平成２９年度修士論文（京都大学大学院工学研究科）

－53－

超音波計測を用いた Ba2CuGe2O7の弾性定数のパルス強磁場依存性 栗原綾佑，三宅厚志，徳永将史，赤木暢 1，萩原政幸 1，桑原英樹 2

東大物性研，阪大先端強磁場 1，上智大理工 2

Pulsed Field Dependence of Elastic Constants in Ba2CuGe2O7 by Using Ultrasonic Measurement

R. Kurihara, A. Miyake, M. Tokunaga, M. Akaki1, and M. Hagiwara1, and H. Kuwahara2

The Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo, Center for Advanced High Magnetic Field Science, Graduate School of Science, Osaka University1,

Department of Physics, Sophia University2

Keywords : ultrasound, elastic softening, quadrupole

Ba2CuGe2O7は，空間群 P4―

21m のオケルマナイト構造をとる正方晶である．磁性を担う Cu2+イオンは酸素が作る四面体中心に位置するため，反転対称性がない D2d

の点群に属する．この点群を満たす結晶場によって，5 重に縮退した 3d 電子軌道の

エネルギー準位は A1, B1, E, B2に分裂し，xy 軌道にスピン 1/2 をもつ電子配置を示す．先行研究から，(1/2, -1/2, 0)の並進では反並行であるが，(1/2, 1/2, 0)の並進で磁気モーメントが約 190°回転するスパイラルな不整合長距離秩序が TN = 3.2 K において観測され[1]，Dzyaloshinskii-moriya 型のスピン軌道相互作用の寄与が指摘され

た．また，磁場印加に伴い磁化だけではなく電気分極が増大するため，スピンの 2乗に比例する電気分極といったマルチフェロイック的な物性を示すこともわかりつ

つある[2]．一方で，27 T 以上の高磁場領域では磁化が飽和するが，電気分極は依然

として増大を続ける．そのため，磁気双極子と電気双極子のみならず，高次多極子

の高磁場物性への寄与の検証が求められる． 本研究では，高磁場領域の量子状態がも

つ多極子自由度を検証するため，60 T の

高磁場を実現するパルス強磁場と，多極子

の感受率を観測できる超音波計測を組み合

わせ，Ba2CuGe2O7 の弾性定数を測定した．

図 1に，秩序相内の 1.4 Kおよび常磁性相内の 4.2 K での弾性定数 CL[110] = (C11 + C12 + 2C66)/2, C33, C44, CT = (C11 – C12)/2と c 軸方向の電気分極 Pz の磁場依存性を

示す．その結果，磁化が飽和する 27 T に

おいて弾性異常を確認した．また，磁場印

加に伴い，縦波弾性定数 CL[110]と横波弾性

定数 CT のソフト化を観測した．このソフ

ト化は，磁場中の量子状態がもつ電気四極

子 Oと，超音波が結晶中に誘起する結晶

歪みとの結合 HQS = -gOが寄与する

ことを示している． 本講演では，Cu2+サイトが属する点群

D2d に着目し，群論的な考察から可能な四

極子-歪み相互作用を報告する． [1]. R. Fittipaldi et al., J. Cryst. Growth 404, 223 (2014). [2]. H. Murakawa, et al., Phys. Rev. B 85, 174106 (2012).

図 1. Ba2CuGe2O7の弾性定数 CL[110], C33, C44,

CT，および c 軸方向の電気分極 Pzの磁場依存

性．

－54－

金ナノ粒子による糖分子認識センサーの NMR 後藤貴行，北本千紘，橋本剛，遠藤明，早下隆士，井口敏 1 ，佐々木孝彦 1

上智大学理工学部，東北大金属材料研究所 1

NMR study on the GNP-based sugar recognition system

T. Goto, Y. Kitamoto, T. Hashimoto, A. Endo, T. Hayashita, S. Iguchi1, T. Sasaki1

Faculty of Science and Engineering, Sophia University, Institute for Material Research Tohoku University1

Keywords：NMR, gold nano particles

ナノサイズ金微粒子(GNP)表面に，糖認識部位であるボロン酸分子(B0)と電気化学活性部位

のルテニウム錯体プローブ(Ru0)を集積させた糖分子認識センサーは，その感度の高さに加

え，バクテリアなどバイオセンサーへの応用展開を含めて注目されている[1]。しかしなが

ら，センサーの分子認識に関する微視的機構はわかっていない。本研究では磁化・ＮＭＲ測

定によって，センサー分子の基礎物性，特に磁性を明らかにし，近年多く報告されている，

金ナノ粒子の常磁性磁化率の異常 [2]についても調べることを目的とする。

試料（図１，Ru0/B0/GNP）は，金微粒子（直径 11.5nm）の表面にルテニウム錯体 Ru0 と

ボロン酸分子 B0 を，硫黄原子と金原子の親和力を利用して集積させた。磁化率測定は粉末

試料をサランラップ（旭化成）で包んで測定し，サランラップ自体の実測磁化率を差し引い

た。1H-NMR測定は Ru0/GNP試料について，スピンエコー法でスペクトルを得た。

図２に磁化率の温度依存性から求めたパラメタ一覧を示す。キュリーワイス項（= 0.6K）

と正の定数項でよく現され，キュリー項は Ru0錯体中の Ru3+によるもので，これから Ru0

の個別の GNP への集積個数を評価すると，最密集積すると仮定した場合の 50％程度となっ

た[3]。また，正の定数項はバルクの金の性質（−27×10−6

emu/mole）とは明らかに異なり，

自由電子モデルの値に近い。念のため，Ru0 及び B0 単体の磁化率の寄与を調べるため実測

を行ったが，試料全体の１％以下となり無視できる範囲であった。

NMR スペクトルは室温では FID 信号が観測され，FFT スペクトルで鋭い構造が見られた

ことから motional narrowing が起こっていると考えられる。これは室温で，Ru0 錯体が金粒

子の周りで高速に揺らいでいることを示している。100K 以下の低温では鋭い構造は消失し，

Ru3+の磁性をプローブしている（図３）。今後，粒径を変えた試料で金の磁性をさらに詳し

く測定するとともに，糖センサーとしての機能解明のために B0 分子サイトと Ru0 錯体サイ

トの結合の強さについて調べて行く[3]。

図１ 試料 Ru0/B0/GNPの構造 図２）各試料の磁化率パラメタ 図３）NMRシフト・線幅の温度依存性

[1] A. Endo et al., Anal. Methods, 2014, 6, 8874. [2] M. Suzuki et al. PRL 108, 047201 (2012)

[3] T. Goto et al., IEEE Trans. Magn. in press.

Sample

0

(107

emu/g)

C

(107

K·emu/g)

(K)

GNP 7.7(1) none none

Ru0/GNP 1.50(5) 111(10) 0.6(3)

Ru0/B0/GNP 0.50(5) 47.3(10) 0.4(2)

－55－

超強磁場高周波透過法による磁場誘起

絶縁体金属転移の探索

三田航平, 山浦淳一 A, 廣瀬陽代 B 廣井善二, 松田康弘 東大物性研, 東工大元素セ A, NIMSB

Quest for the magnetic field-induced insulator-metal transition using an ultrahigh-magnetic-field

RF transmission technique K. Mita, J. YamauraA, H. T. HiroseB, Z. Hiroi and Y. H. Matsuda

ISSP of the University of Tokyo, AMCES of the Tokyo Tech., BNIMS

Keywords：一巻きコイル法、金属絶縁体転移、Cd2Os2O7

金属が臨界温度以下で絶縁体となる現象は金属絶縁体転移として知られ、多くの物質で

観測されているが、いくつかの物質では転移機構が明らかとなっていない。パイロクロア

格子をもつ Cd2Os2O7は転移温度 TMI = 227 K で金属絶縁体転移が起きるが、その機構は不

明である。近年の研究で、転移に際して構造変化が起こらないこと、all-in/all-out 型の反強

磁性秩序が同時に起こることが判明した[1]。

本研究では、Cd2Os2O7における金属絶縁体転移と磁気秩序の関連の解明を目的とする。

具体的には、転移温度以下の絶縁体反強磁性相に 100 T 以上の超強磁場を印加した際の電

気抵抗率の変化を測定し、絶縁体相の磁場による抑制の有無を明らかにする。100 T を超え

る磁場の発生には破壊型パルスマグネットを用いる必要があり、電気抵抗測定には工夫を

要する。今回、超強磁場下での超伝導ｰ常伝導転移[2]やコバルト酸化物の金属絶縁体転移[3]

の観測において実績のあるラジオ波（RF）領域の高周波を用いた透過測定技術を用いた。

磁場発生には、破壊型パルス磁場発生法の 1 つである一巻きコイル法を用いた。試料

は、縦横のサイズが 2.95 mm × 2.2 mm、厚み 0.45 mm、程度の大きさの板状の焼結体を

用いた。RF 入力用、検知用それぞれのコイルで試料を挟み、試料の電気抵抗率の変化に伴

う透過信号強度 ITの変化を観測する。磁場により絶縁体から金属への転移が起これば遮蔽

効果によって ITが減少する。得られた透過率は理論的に得られた計算式から電気抵抗率へ

換算できる。

転移温度より 124 K 低い 103 K に測定温度を設定し、最高磁場 135 T の磁場を印加した

ところ、磁場とともに ITの減少が観測された。これは磁場誘起絶縁体金属転移の可能性を

示唆している。しかしながら今回の結果は、透過率測定の感度と減少率の小ささに問題が

あるため、今後周波数を変えた実験とさらに大きな磁場を印加する実験に取り組む計画で

ある。当日はそれらの結果についても発表する。

[1] J. Yamaura et al, Phys. Rev. Lett. 108, 247205 (2012).

[2] T. Sekitani et al., New J. Phys. 9, 47 (2007).

[3] S. Lee et al., J. Phys. Soc. Jpn. 84, 044703 (2015).

－56－

超強磁場下における YbB12の相転移現象 柿田頼輝，伊賀文俊 1，松田康弘

東大物性研，茨城大理 1

Phase Transitions in YbB12 in Ultrahigh Magnetic Fields

Y. Kakita, F. Iga1, Y. H. Matsuda

Institute for Solid State Physics, University of Tokyo,

College of Science, Ibaraki University 1

Keywords：近藤効果, 絶縁体金属転移

局在電子と遍歴電子の混成は多体相関効果を顕在化し、非従来型超伝導、非フェ

ルミ液体のような興味深い物理現象が発現することが知られている。近藤効果は多

体相関効果の一つであり、様々な化合物において、多様な現象の起源であることが

発見されている。一方、近藤絶縁体においては、低温でエネルギーギャップ(Eg)が

形成され、金属から絶縁体へと転移する。YbB12 は典型的な近藤絶縁体の１つとし

て知られ、低温において 60 T付近で絶縁体金属転移とメタ磁性転移が観測される。

[1] この Egの形成機構は長年議論の対象となっており、主に 4f電子と伝導電子の混

成によるものだと考えられているが、完全な理解は得られていない。転移磁場はエ

ネルギーギャップの大きさを直接反映するため、転移磁場の温度依存性を詳しく調

べることで、エネルギーギャップの温度依存性を明らかにできると考えている。

実験には、物性研究所の縦型一巻きコイル法を用いた。従来、破壊型においてヘ

リウムや窒素温度以外での温度を安定させた測定は難しかったが、最近、高精度で

温調が可能なクライオスタット[2]が導入された。これを用いて、4 K~30 Kの温度域

で初期温度を設定した。試料は純良単結晶を粉砕、粉末化したものを用いた。

実験の結果、前回と同様に 4 K~25 Kの温度領域では転移磁場の大きさが温度に依

存していないこと、30 K 以上では急激に転移が不明瞭になり、転移磁場の決定が不

可能であることが確認できた。このような振る舞いからエネルギーギャップが 20 K

付近で消滅しているように思える。一方、転移後の磁化が 20 K付近で特異的に大き

くなる現象が以前の測定で観測されていたが、今回の、より詳細な実験では観測さ

れなかった。今のところ、以前の測定には何らかの技術的問題があった可能性が高

いと考えている。発表では光学電導度[3]や光電子分光[4]の温度依存性の結果との比

較を行い、YbB12のエネルギーギャップの形成機構について議論を行う。

[1] K. Sugiyama et al., J. Phys. Soc. Jpn. 57 3946 (1988).

[2] 松田ら、日本物理学会 2017年春季大会（2017年 3月、大阪大学）17pC-PS-20.

[3] H. Okamura, et al., J. Phys. Soc. Jpn. 74, 1954 (2005)

[4] M. Okawa, et al., Phys. Rev. B 92, 161108 (2015).

－57－

正四角台塔系 Pb(TiO)Cu4(PO4)4の強磁場 ESR

水戸陵人，赤木暢，木村健太 1，鳴海康雄，木村剛 1，萩原政幸 阪大先端強磁場，東大新領域 1

High-field ESR in Pb(TiO)Cu4(PO4)4 with Cu4O12 square cupolas R. Mito，M. Akaki，K. Kimura1，Y. Narumi，T. Kimura1，M. Hagiwara

AHMF, Grad. Sch. Sci., Osaka Univ., Grad. Sch. Fro. Sci., Univ. Tokyo1

Keywords：正四角台塔系, 電気磁気効果, ESR

最近、強磁性または反強磁性と強誘電性の両方の性質を示す物質が注目を集めており、複

数の強的秩序を同時に発現する物質をマルチフェロイック物質という。マルチフェロイック

物質の性質において、電場によって磁化の、磁場によって電気分極の変化が現れる相関は電

気磁気効果と呼ばれ、その研究が進められている。電気磁気効果を生み出す微視的な要素と

して、トロイダルモーメント、磁気四極子モーメントなどが考えられており、これらはまと

めて磁気多極子モーメントと呼ばれている。

磁気多極子モーメントが有限となる渦状の二次元スピン配列を考えると、トロイダル型の

スピン配列における電気磁気効果は定性的、実験的に確立している[1,2]。渦状スピン配列に

おいて、電気磁気効果に関する実験報告は極めて少ないが、磁気四極子型での電気磁気効果

は、2016 年に正四角台塔系 Ba(TiO)Cu4(PO4)4においてはじめて実験的に確かめられた[3]。

本研究では Ba(TiO)Cu4(PO4)4の類似物質である Pb(TiO)Cu4(PO4)4を研究対象としている。

この物質は四極子型の電子スピン配列を持ち、磁気誘起の強誘電状態が現れる電気磁気効果

が確認されている[4]。7 K で反強磁性転移を示し、[110]方向に磁場をかけた際に 16 T で磁

化のジャンプが起こり、[001]方向に電気分極が現れる。さらに 38 T で電気分極が逆方向に

変化する。そして、45 T で飽和磁化に達し電気分極は消失する。このような電気分極の発

現やその逆転は交換歪み機構が起源であると考えられていて、磁化曲線を再現するモデルハ

ミルトニアンについても提案されている[4]。今回は、そのモデルハミルトニアンにおける

より詳細なパラメータの決定を行うために、パルス強磁場を用いた ESR 測定を行った。測

定磁場範囲は 0 ~ 50 T で、0 ~ 2 THz帯の周波数において測定した。その結果、ゼロ磁場で

0.2 THzのエネルギーギャップが観測され、磁化ジャンプと飽和磁場前後の 0 ~ 16 T、16 ~ 45 T、45 ~ 50 T のそれぞれの磁場範囲において特徴的な共鳴モードが観測された。発表では

その結果について議論する。

[1] B. V. Aken et al., Nature 449, 702 (2007).

[2] N. A. Spaldin, M. Fiebig, and M. Mostovoy, J. Phys.: Condens. Matter 20, 434203 (2008).

[3] K. Kimura et al., Nat. Commun. 7, 13039 (2016).

[4] K. Kimura et al., arXiv:1807.10457

－58－

Shastry-Sutherland反強磁性体 SrCu2(BO3)2の磁場温度相図 秋元昴，小濱芳允，DongChao，松田康弘，陰山洋 1

東大物性研，京大院工 1

Field-temperaturephasediagramofShastry-SutherlandantiferromagnetSrCu2(BO3)2S.Akimoto,Y.Kohama,D.Chao,Y.H.Matsuda,andH.Kageyama1

InstituteforSolidStatePhysics,Univ.ofTokyo,1GraduateSchoolofEngineering,KyotoUniv. Keywords：磁気熱量効果,幾何学的フラストレート,熱的純粋量子状態

SrCu2(BO3)2は Shastry-Sutherland 格子系と呼ばれる物質であり、Cu2+(S = 1/2)ダイマーが CuBO3面で互いに直交するため、２次元直交ダイマー系とも呼ばれる。このような特異な幾何学的配置により生じる量子フラストレーションの効果により、多彩な磁場誘起量子相が発現する。

本研究において、我々は 52 T に至る強磁場下で SrCu2(BO3)2の磁気熱量効果を測定した。非破壊型パルスマグネットによるパルス磁場下で、試料表面にスパッタリングされたAuGe 薄膜の抵抗値を測定することにより試料の温度を測定した。試料空間は高真空に保たれており、測定環境と試料との熱接触は小さい。さらに、パルス磁場の発生時間(~ 30 ms)は測定環境と試料との温度交換の時間スケールと比較して十分短いので、我々の測定は準断熱過程と見なすことができる。断熱条件下では、試料のエントロピーは変化しないため、測定される試料の温度の磁場変化は等エントロピー曲線となる。

Fig. 1 は、各初期温度における試料温度の磁場依存性を示しており、測定環境を断熱と仮定し各曲線を等エントロピー曲線としている。これらを磁場微分することにより磁化プラトー相の磁場境界を、温度微分することにより温度境界を決定し、1/4 磁化プラトー相および 1/3 磁化プラトー相の相境界を特定した。

発表ではフラットトップパルス磁場下での 1/4 磁化プラトー相の比熱測定の結果も併せて紹介する。また、各磁化プラトー相の磁気エントロピーの値についても議論する。

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

T (K

)

50403020100B (T)

3.02.01.00.0SM (J/K mol)

Fig.1各初期温度における試料温度の磁場依存性。

カラープロットは磁気エントロピーを

表している。

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Fig.2 熱的純粋量子状態を用いた有限温度計算。

－59－

強磁場下で Multiple-q相を発現する 幾何学的フラストレート磁性体の研究

佐藤和樹, 鳴海康雄, 和氣剛 1, 中村裕之 1, 萩原政幸

阪大先端強磁場, 京大工 1

Multiple-q states predicted to appear in geometrically frustrated magnets in high magnetic fields

K. Sato, Y. Narumi, T. Waki, H. Nakamura, M. Hagiwara AHMF, Grad. Sch. Sci., Osaka Univ., Dept. of Mater. Sci. and Eng., Kyoto Univ.1

Keywords: Skyrmion, Vortex, Magnetization

近年、トポロジカルに安定なナノスピンテクスチャの一つとしてフラストレーション由来の Skyrmion格子が強磁場中で実現すると理論的に予想されている[1]。 これは MnSiなどで観測されているジャロシンスキー・守谷相互作用由来の Skyrmion格子[2]

と異なり、縮重したカイラリティ自由度に伴う多彩な興味深い物理現象が起こると期待されている。 しかし、実際の物質においてフラストレーション由来の Skyrmion格子が観測された例はなく、そのような物質の探索はもとより、Skyrmion格子の実現をどのようにして検証するかは、実験物理の重要な課題である。 最近、フラストレート磁性体MnSc2S4に対する中性子回折実験から、Skyrmion格子に類似したMultiple-q磁気秩序の発現が明らかとなった[3]。MnSc2S4はMn2+(S = 5/2)イオンがダイヤモンド格子上に配列された立方晶の反強磁性体である(θw ~ -22.9 K)[4]。 この物質は弱磁場で、2.3 K, 1.64 K, 1.46 Kで 3段の相転移を示し、1.46 K以下において[001]方向に約 2 T以上の磁場を印加することで Triple-q相が発現する[3]。これはNiGa2S4などで発現が期待されているフラストレーション由来の Skyrmion格子相ではなく Vortex-likeな相であることが詳細な中性子回折の解析から確認されている。我々は、より高い磁場領域においてこの Triple-q相がどのような磁場温度相図を描くのか、さらには非自明で多彩な Triple-q相がどのようなメカニズムで発現するのかという興味から、MnSc2S4に対する強磁場磁化測定を行った。Fig.1は多結晶体、 T = 1.4 K、H ~ 30 Tまでのパルス強磁場下磁化測定の結果である。磁化は約 17Tまでほぼ直線的に増加するが、図中の矢印で示した磁場において dM / dH に明確な異常が見られることから、MnSc2S4がこれまでに報告されている以外にも複数の磁気相転移を示すことが明らかとなった。 本講演ではMnSc2S4の磁化過程の温度依存性によって決定した磁場温度相図をもとにして各相における磁気構造についての考察を行う。 [1] T. Okubo et al., Phys. Rev. Lett., 108 017206 (2012) [2] S. Mühlbauer, et al., Science, 323 915 (2009) [3] Shang Gao et al., Nat. Phys., 13 157 (2017) [4] Fritsch, V. et al., Phys. Rev. Lett., 92 116401 (2004)

Fig1 多結晶体におけるパルス強磁場 磁化測定結果

－60－

BaVS3におけるメタ磁性転移の圧力依存性 田原大夢，木田孝則，鳴海康雄，竹内徹也 1，中村裕之 2，萩原政幸

阪大先端強磁場，阪大低温セ 1，京大工 2

Pressure dependence of the metamagnetic transition in BaVS3

T. Tahara, T. Kida, Y. narumi, T. Takeuchi1, H. Nakamura2 and M. Hagiwara

AHMF, Grad. Sch. Sci., Osaka Univ., Low Temp. Center, Osaka Univ.1, Dept. of Mater. Sci. and Eng., Kyoto Univ. 2

Keywords：金属-絶縁体転移,メタ磁性転移, 圧力依存性

六方晶ペロブスカイト型硫化物 BaVS3 (空間群 P63 /mmc)は、面共有した VS6八面体(V4+イ

オン, S = 1/2)が c軸に沿って一次元的に連なった結晶構造を持つ [1,2]。この物質は TMI ~ 70

K で電荷密度波の形成をともなう金属-絶縁体転移(MI 転移)を起こし、帯磁率は急峻なカス

プを示す。過去の高圧力下で行われた電気抵抗測定から、TMIは Pc ~ 2.0 GPa程度の高圧力下

で絶対零度まで抑制されることが観測されており[3]、この MI転移は主にパイエルス不安定

性によって引き起こされていると考えられている。近年の 70 T までの強磁場磁化測定及び

磁気抵抗測定から、TMI以下の温度では BM ~ 50 Tにおいてヒステリシスを伴ったメタ磁性転

移が観測されているが、メタ磁性転移後の磁化の大きさは V4+イオン(S = 1/2)から期待される

飽和値の半分程度であり、BM 以上の強磁場領域では、新奇な磁場誘起相の出現が報告され

た[4]。我々はこの物質におけるメタ磁性転移の起源や磁場誘起相の磁気状態の解明を行う

べく、ダイヤモンドアンビルセルおよびピストンシリンダーセルとパルス強磁場を用いて高

圧力下磁気抵抗測定、磁化測定を行い、メタ磁性転移の圧力による変化を調べている。図 1

に 4.2 K, 0.86 GPaの圧力下で行った多結晶試料での強磁場磁化測定の結果を示す。メタ磁性

転移磁場は圧力印加によって抑制され、この圧力下では BM ~ 11 Tでヒステリシスを伴った

転移が観測された。講演では多結晶試料のほかに単結晶試料をもちいた磁化測定の結果も示

し、このメタ磁性転移が圧力印加によってどのように抑制されていくか議論する。

[1] T. Inami et al., Phys. Rev. B 66, 073108 (2002).

[2] G. Mihály et al., Phys. Rev. B., 61, 7831 (2000).

[3] L. Forró et al., Phys. Rev. Lett., 85, 1938 (2000).

[4] Y. Narumi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 76, 013706 (2007).

302520151050Magnetic Field(T)

1

0

Mag

net

izat

ion (

a.u.)

BaVS3

Polycrystalline0.86 GPa

Fig.1 High-field magnetization in a poly-

crystalline sample of BaVS3 at 4.2 K under pressure

at 0.86 GPa.

4.2 K

－61－

ヌル検出法によるテラヘルツ電子スピン共鳴測定 大久保晋，鈴木哲平 1，PaulBrunde2，BenjaminLassagne2，

齋藤佑，原茂生 3，櫻井敬博 3，太田仁

神戸大学分子フォトサイエンス研究センター，神戸大学大学院理学研究科 1，DepartmentofPhysics,INSAToulouse2，神戸大学研究基盤センター3

DevelopmentofTerahertzESRMeasurementsUsingtheNullDetectionMethodS.Okubo,T.Suzuki1,P.Bruand2,B.Lassagne2,Y.Saito,S.Hara3,T.Sakurai3,H.Ohta

MolecularPhotoscienceResearchCenter,KobeUniv.,GraduateSchoolofScience,KobeUniv.1,DepartmentofPhysics,INSAToulouse2,

ResearchFacilityCenterforScienceandTechnology,KobeUniv.3

Keywords：High-field,THz,ESR

電子スピン共鳴(ESR)は化学や生物学におけるスピンを探針とした局所的な構造を知る手段だけで

なく、スピンそのものの協同現象である磁性研究

において、磁気異方性や励起ギャップを直接的に

測定出来る手段として大変有効である。特にパル

ス強磁場を用いた強磁場 ESR では、大きなゼーマン分裂による吸収強度の増加や緩和が速く吸収線

幅が広い吸収のスペクトル全体の観測が可能となるだけでな

く、磁気相転移を越えた磁場の状態をとらえることができる。

我々はこれまで，より高い周波数、強い磁場の計測ができる

強磁場 THz ESR測定装置の開発を行ってきた。高周波数とパルス強磁場を用いるため、電磁波の波長が固定される空洞共

振器やうず電流の発生するバルク金属を使う矩形導波管は使

用することができない上に、計測時間が短いためにロックイ

ン検出などの容易に高感度化できる手法は用いることができ

ない。従って基本的にビデオ検出と AC アンプによる増幅によって計測をおこなってきた[1-4]。磁気双極子遷移を用いるESR では共鳴吸収される電磁波は全体の 3〜4%に過ぎず、ほとんどの電磁波が試料を通り抜けて検出器に照射している。

そのため、感度向上のため照射電磁波の出力を大きくすると吸収以外の電磁波により検出器

が飽和してしまい、測定できなくなる。検出器のダイナミックレンジを広く使うためには、

透過電磁波の強度の測定ではなく、吸収が起こったときに電磁波が検出器に届く様にするこ

とが重要になる。ESR はスピンのラーマー歳差運動と同じ向きの電磁波の円偏光成分がカップルすることで吸収がおこる。そこで、直線偏光した電磁波を試料に透過させ、入射電磁

波と直交する偏光素子を通してやれば、吸収によって楕円偏光となった成分だけ取り出すこ

とができる（図１）。THz 帯で使用することができるワイヤーグリッド偏光素子は従来は大きさが大きいためパルス強磁場では使用することができなかったが、本研究では可視光向け

に作られたワイヤグリッド偏光素子フィルム(WGF)を用いて、ヌル検出を行った。実験で用いた試料はラジカルの DPPH、測定温度は 86Kで行った。検出器には 100GHzにチューニングされたショットキーダイオードを用いた。また光源は Gunn 発振器を用いて 100GHz 前後の光源を用いた。図２は 120GHz の周波数における WGF 無しと WGF をいれたときの ESRのスペクトルである。WGF を導入した結果は、吸収が起こったときに光を検出していることを意味している。

[1] M. Motokawa et al., Int. J. Infrared Millimeter Wave 12 (1991) 149 [2] N. Nakagawa et al., Int. J. Infrared Millimeter Wave 19 (1998) 167 [3] S. Okubo et al., Physica B 346-347 (2004) 627 [4] H. Ohta et al., J. Phys. Conf. Serie 51 (2006) 611

図 1 ヌル検出法の概念図

図２120GHz における WGF なしと

WGF ありの ESRスペクトル

－62－

S=1/2 擬 1 次元フラストレート磁性体 LiCuVO4の磁気熱量効果 厳 正輝, C. Dong, E. L. Green1, R. K. Kremer2, 小濱芳允

東大物性研, HLD-HZDR1, マックスプランク研 2

MagnetocaloricEffectinS=1/2Quasi-1DFrustratedMagnetLiCuVO4

M.Gen,C.Dong,E.L.Green1,R.K.Kremer2,Y.Kohama

ISSP,theUniversityofTokyo,HLD-HZDR1,Max-PlanckInstituteforSolidStateResearch2

Keywords: Frustrated spin chain, Magnetocaloric effect, Spin-nematic

フラストレート磁性体において量子揺らぎが顕在化することで発現しうるスピンネマティ

ック秩序は、30年以上昔から理論的な注目を集めている[1]。スピンネマティック秩序はスピ

ン四極子を秩序パラメータとしており、スピン空間の回転対称性が破れている一方で、時間

反転対称性は破れていない特殊な秩序状態である。このスピンネマティック秩序はほとんど

全ての実験手法で検出が難しく、“隠れた秩序”と呼ばれている。このため、その実験的な

観測は近年の磁性物理学におけるホットなテーマの一つになっている。

スピンネマティック秩序が発現する有力なスピン系として、“強磁性フラストレート鎖”

が知られている。S=1/2の磁性を担う Cu2+イオンが 1 次元鎖を形成する LiCuVO4はこのモデ

ル物質であり、最近接の強磁性相互作用(𝐽" = −1.6meV)と次近接の反強磁性相互作用(𝐽, =

3.8meV)が競合している。先行研究では、SDW相と飽和磁気相の間の磁場領域におけるスピ

ンネマティック相の発現が理論的に示されており[2]、実験的にも磁化[3]や NMR測定[4]から

40〜45 T付近においてスピンネマティック状態を示唆する振る舞いが観測されていた。本研

究では、LiCuVO4のスピンネマティック相発現に伴う熱力学量の観測を目指し、断熱条件下

での磁気熱量効果測定を 50 Tまで行った。その結果、図 1に示すように低温で相転移に伴う

顕著な温度変化が観測された。特に、約 2 K以下では 40 T近傍で大きなヒステリシスが現れ、

さらに 45 T付近にも小さな異常が観測された。本発表では、40 T近傍における臨界的な振る

舞いにも着目して、グリューナイゼン係数Γ ≡

1 𝑇 𝑑𝑇 𝑑𝐻 についても議論する。

[参考文献]

[1] A. F. Andreev, et al., Sov. Phys. JETP 60, 267 (1984).

[2] M. E. Zhitomirsky, et al., Europhys. Lett. 92, 37001

(2010).

[3] L. E. Svistov, et al., JETP Lett. 93, 21 (2011).

[4] A. Orlova, et al., PRL 118, 247201 (2017). 図 1 LiInCr4O8の磁気熱量効果

－63－

パルス強磁場中での被覆銅細線束の発熱評価

土田稜 1，中川豪 1，野口悟 1,2，鳴海康雄 3，萩原政幸 3

大阪府立大学大学院理学系研究科 1，大阪府立大学強磁場環境利用研究センター2，

大阪大学大学院理学研究科附属先端強磁場科学研究センター3

Estimation of heat up effect of a coated-Cu-wires-bundle by a pulsed high magnetic field

R. Tsuchida1, T. Nakagawa1, S. Noguchi1,2, Y. Narumi3, M. Hagiwara3

Grad. School of Science, Osaka Pref. Univ.1, RC-UHMF, Osaka Pref. Univ.2,

Center for Advanced High Magnetic Field Science, Osaka Univ.3

我々は 15 kV、250 kJ の電源を用いて、磁場空間 30Φ のパルス強磁

場 50 T と温度 0.1 K の極低温パルス強磁場測定装置の開発を進め

ている。極低温環境の実現には断熱消磁冷却法を用いており、断熱消

磁部分とパルスマグネットは磁気的に干渉しないように距離（～300

mm）を取っているため、試料への冷却伝達には直径 30 µm の被覆銅

細線束を約 2800 本束ねたものを使用している。しかし、パルス磁場

中では誘導電流によって渦電流発熱してしまう問題があり、果たして

30 µm の直径が問題になるかどうかは判断が難しい。そこで、計算と

実験を大阪大学先端強磁場センターと共同で行い、被覆銅細線束の評

価を行った。銅細線束と石英ガラスの棒を図 1 に示すような専用のク

ライオスタットに設置し 4.2 K の下で温度センサー（LakeShore 社の

Cernox-1030-BC）を用いて断熱真空状態と熱交換ガス（He ガス）があ

る状態のそれぞれで充電電圧 1 kV、3 kV、5 kV のパルス磁場を発生

させ温度センサーの抵抗値の磁場変化を測定した。磁場のパルス幅は

40 ms である。図 2 は充電電圧 5 kV か

つ、断熱真空状態での銅細線束と石英ガ

ラスの温度センサーの抵抗値の磁場変

化とその時の磁場波形 µ0H(t)および

(dµ0H/dt)2を表している。抵抗の磁場変化

はゼロ磁場での値で規格化し、マイナス

値にしてプロットしたもので、温度上昇

割合に相当する。また、 (dµ0H/dt)2 は誘

導起電圧 Vの２乗に比例し、渦電流発熱

量 Q に相当すると考えプロットしたも

のである。石英ガラスで銅細線束と類似

の温度上昇が見られるのは温度センサ

ー自身に生じた渦電流発熱の影響であり、これらのデータから銅細線束に誘起される渦電流

発熱を抽出するため、両者の差し引きを行うと、磁場上昇時と下降時で温度上昇割合が逆転

する。磁場上昇時は銅線束によって熱が逃げる効果が大きいことが考えられ、下降時以降は

銅線束による発熱も加わった熱量による温度上昇が観測されていると考えられる。現在、銅

の熱伝導率と熱容量を考慮した定量的な解析を試みているところである。

図 1

図 2

0 10 20 30 40 50 60-1

-0.95

-0.9

-0.85

0

10

20

30

Time (ms)

(d

0 H/d

t)2 (T

/ms) 2 ，

0 H

(T)

-R(H

)/R

(0)

5 kV Adiabatic 4.2 K

Cu-wire Quarz glass

(d0H/dt)2

0H

Keywords：Heat up effect , Coated-Cu-wires-bundle, Pulsed high magnetic field

－64－

遍歴電子反強磁性体Mn2Pの強磁場物性 木田孝則，田原大夢，垣花将司 1，竹内徹也 2，辺土正人，仲間隆男，大貫惇睦 1，萩原政幸

阪大先端強磁場，琉球大理 1，阪大低温セ 2

High-field magnetic and transport properties of the itinerant antiferromagnet Mn2P

T. Kida, T. Tahara, M. Kakihana1, T. Takeuchi2, M. Hedo1, T. Nakama1, Y. Ōnuki1, M. Hagiwara

AHMF, Grad. Sch. of Sci., Osaka Univ., Fac. of Sci., Univ. of the Ryukyus1, LTC, Osaka Univ. 2

Keywords：itinerant antiferromagnet, metamagnetism

Mn2Pはネール温度 TN = 103 Kの遍歴反強磁性体であり、磁性元素のMnの周りの Pが

形成するピラミッド配位層とそれに接する四面体配位層が c 軸（[0001]）に沿って層状に積

み重なった、六方晶系の結晶構造を持つ[1,2]。粉末中性子回折実験からこの物質の磁気

構造が予想されているが[3]、実際のところはよく理解されておらず、単結晶試料を用いた物

性の報告もほとんどない。本研究では、Sn フラックス法で作成した Mn2P単結晶の磁性と輸

送現象について報告する。

図１に磁化率の温度依存性を示す。TN以下で印可磁場方向による差異がみられ、

磁気モーメントがおおよそ c面内を向いた磁気構造であると予想される。c面内の電

気抵抗率は 200 K 近傍で緩やかな極大を示し、TN以下で減少する。非破壊型パルス

マグネットを用いた強磁場下での磁化（図２）、表面インピーダンスおよび動的磁

化率測定により、35 K 以下でメタ磁性転移に特有のシグナルの変化を観測した。こ

の遍歴電子メタ磁性相が現れる温度で、ホール係数の符号が正から負へ反転するこ

とが分かった。これらの結果は、35 K 以下の低温でフェルミ準位における状態密度

が増大することを示唆している。講演では、この磁気転移および磁気抵抗の角度依

存性の結果を示すとともに、この物質の磁性について議論する。

[1] R. Fruchart et al., J. Appl. Phys. 40, 1250 (1969).

[2] F. Grandjean et al., J. Chem. Thermodynamics 9, 549 (1977).

[3] M. Yessik, Phil. Mag. 17, 623 (1968).

Mn P

図 1. Mn2Pの磁化率の温度依存性。 図 1. Mn2Pの強磁場磁化。

－65－

神戸大学における多重極限強磁場 THz ESR

太田仁，大久保晋，大道英二 1，櫻井敬博 2，高橋英幸 3，原茂生 2

神戸大学分子フォトサイエンス研究センター，神戸大学大学院理学研究科 1，神戸大学研究

基盤センター2，神戸大学先端融合研究環 3

Development of terahertz high field ESR measurement system at Kobe University

H. Ohta, S. Okubo, E. Ohmichi1，T. Sakurai2，H. Takahashi3，S. Hara2

MPRC, Graduate School of Science1, Research Facility Center for Science and Technology2, Organization for Advanced and Integrated Research3, Kobe University

Keywords：Multi-Extreme, High Field, High Pressure

【本文】 神戸大学で開発されている多重極限 THz ESR について報告する。その特徴は次の通りである。 １）ガン発振器と逓倍器，BWO，FIRレーザーで 0.03〜7 THzをカバー[1]。 ２）パルス磁場で 55 T，超伝導磁石で 15 Tをカバー[1]。 ３）高圧はピストンシリンダーセルで，パルス磁場なら 1.5 GPa まで[2]，定常磁場ならハイブリッドタイプで 2.7 GPaまで[3]をカバー。 ４）高感度力検出 THz ESRなら，マイクロカンチレバーESR[4]で 1.1 THzまで[5]カバー。 最近の進展として，市販の membrane-type surface stress sensorを用いた高感度磁気検出[6]と高感度 THz ESR[7]について報告する。また，ハイブリッドタイプ圧力セルを用いた Shastry-Sutherlandモデル物質 SrCu2(BO3)2 の THz ESRによる圧力誘起相転移(Pc=1.85 GPa)の発見についても報告する[8]。 【参考文献】 [1] H. Ohta et al., J. Low Temp. Phys. 2013, 170, 511. [2] T. Sakurai et al., Rev. Sci. Inst. 2007, 78, 065107; T. Sakurai, J. Phys.: Conf. Series, 2010, 215, 012184. [3] K. Fujimoto et al., Appl. Mag. Res. 2013, 44, 893; T. Sakurai et al., J. Mag. Res., 2015, 259,108; J. Mag. Res., 2017, 280, 3 (Invited review). [4] H. Ohta et al., AIP Conf. Proceedings 2006, 850, 1643; E. Ohmichi et al., Rev. Sci. Instrum. 2008, 79, 103903; E. Ohmichi et al., Rev. Sci. Instrum. 2009, 80, 013904; H. Ohta and E. Ohmichi, Appl. Mag. Res. 2010, 37, 881; E. Ohmichi et al., J. Mag. Res. 2013, 227, 9; E. Ohmichi et al., Rev. Sci. Instrum. 2016, 87, 073904; E. Ohmichi et al., J. Inorganic Biochemistry 2016, 162, 160 (Invited paper). [5] H. Takahashi, E. Ohmichi, H. Ohta, Appl. Phys. Lett. 2015, 107, 182405. [6] H. Takahashi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 2017, 86, 063002 (Editor's Choice). [7] H. Takahashi et al., Rev. Sci. Intrum. 2018, 89, 036108 [8] H. Ohta et al., J. Phys. Chem. B 2015, 119,13755 (Invited paper); T. Sakurai et al., J. Phys. Soc. Jpn. 2018, 87, 033701.

－66－

パルス強磁場発生用電磁石に用いる銅銀合金線の組織観察 松尾 晶, 坂井 義和, 金道 浩一

東京大学，物性研究所 2

Microscopic observation of Copper-Silver alloy for generating high magnetic fields A.Matsuo, Y. Sakai, K. Kindo

ISSP, UTokyo

Keywords：CuAg, SEM

30 テスラ（T）程度までのパルス磁場発生は比較敵簡単にできる［1］が、より強い

磁場を出そうとすると深刻な問題が 2 つ生じる。有限の抵抗がある導体に数キロア

ンペアを超える大電流を流す必要があるためにジュール熱が生じ、液体窒素温度に

あらかじめ冷やされていたマグネットが室温付近まで温度上昇してしまう発熱の問

題と、マグネットを径方向押し広げ軸方向に押し縮めようとするマクスウェル応力

がマグネットにかかる問題である。いずれの問題も投入エネルギーに対して磁場発

生効率を下げ、最終的にはマグネットを壊してしまう恐れがある。応力は磁場の 2

乗に比例し、50 Tではおおよそ 1 GPa、100 Tでは 4 GPaにもなる。純銅の引張強度

が 300 MPa、熱処理をして硬化させた鋼で 1 GPa程度であるので、材料科学の立場か

らすると大変な力である。

機械的・熱的な課題を含んだパルス強磁場発生は、問題になる発熱を抑えかつ応

力に抗する高い電気伝導度と引張強度を兼ね備えた導体を用いることが重要になる

が、一般的に引張強度と電気伝導度はトレードオフの関係にあり両立しない。すな

わち強度がある材料として良く知られているベリリウム銅は導体として見た場合、

電気伝導性の悪い銅合金に分類される。両立が難しいといわれている中で、われわ

れは 20年以上前に開発が始まった銅銀合金線[2]を使って長年磁場開発を行っている。

銀の含有量と熱処理の改良により、現在では引張強度が 1 GPa 以上、電気伝導度が

純銅と比較して 80%前後確保されている銅銀線を用いており、単パルスとしては世

界最高となる 85.8 T の磁場発生に成功している。ところが、ほぼ同じ物性値をもつ

銅銀線で作った複数のマグネットのなかでも磁場の再現性や耐久性に大きなばらつ

きがあることが分かった。この原因を解明するために、あらたに銅銀線の SEM 観察

を行った。その結果、従来言われていた通り[2]銀が析出している 2種類と SEM観察

レベルでは銀の析出が確認できない 1 種類に銅銀線を分類できることが分かった。

銀が析出して繊維状になっている 2 種類の合金線は、銀の断面がほぼ真円でそのサ

イズが 1μm程度のものと、複雑な断面を持っていてそのサイズが数μm程度のもの

に分類できる。この観察結果とマクロな物性値およびマグネットのパフォーマンス

との間に、どのような相関が存在しているのか、現在調べている。

［1］ 野尻浩之 固体物理 37 (2002) 465 など

［2］ Y. Sakai et al., IEEE Trans Mag 28 (1992) 888.

－67－

ホイスラー合金 Pd50Mn36.75Sn13.25のパルス強磁場下磁気熱量特性

木原工, 許皛 1, 三宅厚志 2, 徳永将史 2, 鹿又武 3

東北大金研, 東北大工 1, 東大物性研 2, 東北学院大学 3

Magnetocaloric properties under Pulsed High Magnetic Field in Heusler Alloy Pd50Mn36.75Sn13.25

T. Kihara, T. Kanomata, A. Miyake, and M, Tokunaga IMR, Tohoku Univ., ISSP, The Univ. of Tokyo, Tohoku Gakuin Univ.

Keyword: Heusler alloy, Itinerant electron magnet, magnetocaloric effect

ホイスラー合金 X-Y-Z (X=Ni, Y=Mn, Z=Ga, In, Sn, Sb)は、冷却に伴い立方晶母相から対

称性の低下した（正方晶、斜方晶または単斜晶）マルテンサイト相へマルテンサイト変態

する。マルテンサイト変態温度近傍において巨大磁歪[1]、磁性形状記憶効果[2]、巨大磁気

熱量効果[3]、負の磁気熱量効果[4]などが報告されており、機能性材料として古くから盛ん

に研究が行われてきた。変態温度近傍でこのような多彩な現象が出現するのは、結晶構造

と磁性が強く結合しているためである。自由エネルギーに磁気弾性結合の高次項を取り入

れた Kataoka らの理論計算によれば、強磁性とマルテンサイト変態に伴う立方晶からの格

子変位が協力的(attractive 系)に働くか競合的(repulsive 系)に働くかにより合金系を分類で

き[5,6]、特に後者の場合には強磁性マルテンサイト相が不安定化するため変態温度が低下し、

ある組成領域において強磁性母相から常磁性マルテンサイト相への変態が起こる。このと

き常磁性マルテンサイト相に強磁場を印加することで磁場誘起相変態を起こすことができ

る。 我々は磁気熱量効果に注目し、 repulsive 系ホイスラー合金 NiCoMnIn[7]および

NiCoMnGa[8]におけるパルス強磁場磁気熱量効果測定を行い、磁場誘起相変態に伴う格子

エントロピーの上昇が負の磁気熱量効果の直接的な起源であることを明らかにした。更に、

磁気エントロピー変化も格子系に匹敵する大きさを持っており、磁気熱量効果の組成依存

性は主にこちらが決定していることを明らかにした。今回、磁気エントロピーをより詳細

に解析するために、同じ repulsive 系合金である PdMnSn のパルス強磁場磁化測定および磁

気熱量効果測定を行った。この系は Pd の磁気モーメントが非常に小さく磁気エントロピー

は Mn の磁気モーメントのみを考慮すればよいため、Ni-Mn 基ホイスラー合金よりも単純な

モデルで議論できる。Y, Z サイトに配位した Mn のスピン間相互作用と磁気熱量効果の実験

結果とを比較しスピン構造の磁場依存性を議論する。

[1] A. Sozinov et al., IEEE Trans. Magn. 38 2814 (2002). [2] R. Kainuma et al., Nature 439 957 (2006). [3] F. X. Hu et al., Phys. Rev. B 64 132412 (2001). [4] T. Krenke et al., Nat. Mat. 4 450 (2005). [5] M. Kataoka et al., Phys. Rev. B 82 214423 (2010). [6] M. Kataoka et al., J.

Magn. Magn. Mat. 327 125 (2013). [7] T. Kihara et al., Phys. Rev. B 90 214409 (2014). [8] T. Kihara et al., Shape Memory Alloys, InTech pp 59-79 (2017).

－68－

固体酸素の異常な磁歪の研究

池田暁彦, 清水歩美, 松田康弘, 松尾晶, 野村肇宏 1 小林達生 2, 津田浩 3 東大物性研，HLD-HZDR, Dresden1，岡山大 2、産総研 3

Study of Anomalous Magnetostriction of Solid Oxygen A. Ikeda, A. Shimizu, Y. H. Matsuda, A. Matsuo, T. Nomura1, T. Kobayashi2, H. Tsuda3

ISSP Univ. of Tokyo, HLD-HZDR1, Okayama Univ.2, AIST3

Keywords：van Der Waals solid, magnetostriction, Piezomagnetism

O2 is a diatomic molecule with total spin one. Solid O2 undergoes successive structural phase transitions with decreasing temperature from γ-phase to β-phase and then to α-phase owing to the competition of the intermolecular van der Waals interactions and the magnetic exchange interactions. Monoclinic α-phase and rhombohedral β-phase have antiferromagnetic long-range and short-range order, respectively [1]. Recently, it was found an ultrahigh magnetic field of above 100 T can induce a phase transition to a novel magnetized θ-phase, where the simultaneous structural and magnetic transition is inferred but remains to be confirmed [2].

We have carried out magnetostriction measurements of α- and β-phases of solid O2 by making use of a fiber Bragg grating technique [3,4]. An anomalous transformation of negative to positive magnetostriction at 15 T is observed in the α-phase. The negative component is linear and the positive component is quadratic as a function of the magnetic field. The negative component is observed only in the α-phase. We will discuss the mechanism of the anomalous magnetostriction in terms of the strong coupling of the antiferromagnetic long-range order with the lattice. A possible origin of the negative linear magnetostriction is the PIEZOMAGNETISM, which is a cross correlating phenomena between strain and magnetization [5].

[1] Y. A. Freiman and H. J. Jodl, Physics Reports 401, 1 (2004) [2] T. Nomura, Y. H. Matsuda, S. Takeyama, A. Matsuo, K. Kindo, J. L. Her, and T. C. Kobayashi,

Phys. Rev. Lett. 112, 247201 (2014) [3] A. Ikeda, T. Nomura, Y. H. Matsuda, S. Tani, Y. Kobayashi, H. Watanabe, and K. Sato, Rev. Sci.

Instrum. 88, 083906 (2017) [4] A. Ikeda, Y. H. Matsuda and H. Tsuda, Rev. Sci. Instrum., 89, 096103 (2018) [5] A. S. Borovik-Romanov and H. Grimmer, International table for crystallography Vol. D edited

by A. Authier, pp132

15

10

5

0

-5

ΔL/L

(10-5

)

12840B (T)

4.5 K15 K22 K

26 K

33 K

40 K

β-O2 α-O2

Magnetic field

Molar volume

O2 inlet

O2 inlet

Oscillo-Circulator

APD5 MHzOptical

filterASE

Circulator

ASE

scope

Pulse magnet

SuperconductingMagnet

PCGPIB

(a)

(b)

OSA

15

10

5

0

-5

ΔL /

L ( 1

0-5)

50403020100B (T)

α-O2

Expriment c1M

2 + c2M c1M

2

c2M

4.2 K

15

10

5

0

-5

ΔL/

L (1

0-5)

240016008000B 2 (T 2)

0 20 30 40 50B (T)

α-O2

Expriment c1M

2 + c2M c1M

2

c2M

4.2 K

10

5

0

dM/dB (Arb. Units)

0.2

0.1

0.0M (µ

B/O

2)

19.5 K 4.2 K

α-O2

ΔL/

L

3020100B (T)

α-O2 4.2 K

5x10-6

Static field Pulsed field

－69－