51探花

【本学研究者情报】

〇大学院理学研究科物理学専攻
准教授　那须　譲治

【発表のポイント】

• 瞬间的にしか発生しない世界最强1000テスラ磁场発生装置に独自开発の100メガヘルツ超高速ひずみ计测を导入し、结晶の「のびちぢみ」を计测することに成功した
• コバルト酸化物中で磁気励起子の超流动状态の兆候を発见した
• スピン超流动を用いたスピントロニクス技术の进展や量子コンピュータなどへの応用が期待される

【概要】

電気通信大学大学院 情報理工学研究科の池田暁彦助教と東京大学物性研究所の松田康弘教授ら、茨城工業高等専門学校の佐藤桂輔准教授、および東北大学大学院理学研究科の那須譲治准教授らによる研究グループは、室内発生世界最強の1000テスラ级电磁浓缩超强磁场発生装置^[1] （図１）を使い、600テスラの超强磁场下で结晶の「のびちぢみ」の瞬间的な计测に成功し、迁移金属酸化物であるコバルト酸化物（LaCoO₃）中の新しい磁気（スピン）超流动状态^[2]の兆候を见いだしました。本成果はスピン超流动を用いたデバイス开発につながり、スピントロニクス技术や量子コンピュータへの応用が期待されます。

迁移金属酸化物は电子の自由度である电荷やスピンなどが强く相関し合うことで、多彩な秩序化が起こることから大変注目されています。特に、LaCoO₃中には「磁気励起子^[3]」というユニークな自由度がありますが、この磁気励起子の粒子的かつ波动的なふるまいには谜が多く、固体物理における最大の难问の一つとされ、60年以上に及び研究が続けられています。さらに、LaCoO₃は1000テスラ级の非常に强い磁场中において、磁気励起子の结晶化やボーズ?アインシュタイン凝缩^[4]などの新たな现象が起こると予想されていました。しかしながら、このような强磁场は世界最强の磁场発生装置を利用しても10マイクロ秒程度（1マイクロ秒は100万分の1秒）の一瞬しか発生できません。さらにこの极限环境において、一瞬かつ一発で物性を计测できる技术を必要とするために、これまで研究されてきませんでした。

今回、池田助教らの研究グループは、1000テスラ级电磁浓缩超磁场発生装置に独自开発の超高速ひずみ计测技术を导入することで、瞬间的に発生した超强磁场中でLaCoO₃结晶の「のびちぢみ」を一瞬かつ一発で计测することに成功しました。これにより、LaCoO₃における磁気励起子の超流动状态の兆候を600テスラの超强磁场下で初めて确认することができました。本成果はLaCoO₃の基本的な性质を明らかにするもので、スピントロニクス技术におけるスピン流生成や量子コンピュータなどへの応用が见込まれます。また、超高速ひずみ计测法は超伝导体から金属まであらゆる固体に适用できます。超强磁场の発生と计测技术を併用することで、今后も1000テスラ级の超强磁场において新たな电子状态や相転移などが発见できると期待されます。

本成果はオープンアクセスの国际学术誌Nature Communicationsに4月4日に掲载されました。

図１　1000テスラ発生に用いる新型电磁浓缩法装置の概念図。まず5メガジュールのコンデンサ电源に电気エネルギーを蓄积します。つぎに电磁浓缩コイルに放电します。电磁浓缩コイルは受け取ったエネルギーを利用して、金属ライナー（筒）を高速収缩します。金属ライナー中の初期磁束（3テスラ程度）は急速に高密度化し1000テスラ级の超强磁场が発生します。超强磁场発生直后にコイルは大爆発します。この爆発は金属ライナーを収缩するさせる际の反作用と、発生した超强磁场自体の反発力によるものです。

【用语解説】

[1] 室内発生世界最強の1000テスラ级电磁浓缩超强磁场発生装置：
东京大学物性研究所で2018年に室内発生世界最强の1200テスラを报告した新型の电磁浓缩法^[5]を用いた超强磁场発生装置

[2] 磁気（スピン）超流動状態：
固体中の相互作用する磁気的粒子がボーズ?アインシュタイン凝缩を起こした状态で、固体中の磁気粒子を摩擦なく输送できると期待される

[3] 磁気励起子：
コバルト酸化物のコバルトイオン中の电子が励起されて磁気を帯びた状态

[4] ボーズ?アインシュタイン凝縮：
巨视的な数のボーズ?アインシュタイン粒子(物质を构成する粒子は量子力学によってフェルミ?ディラック粒子とボーズ?アインシュタイン粒子に大别される)が同じ最低エネルギー状态に落ち込み、量子力学的な巨视的状态を発现すること

摆5闭电磁浓缩法：
电磁力で金属筒を急速に収缩させ、金属筒内の磁束を高密度に束ねることで、中心部分に磁束の高密度状态（超强磁场）を生み出す技术（図1も参照）

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学 大学院理学研究科物理学専攻
准教授　那须譲治
罢别濒：022-795-6436　　
贰-惭补颈濒：苍补蝉耻*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学　大学院理学研究科
広报?アウトリーチ支援室
Tel： 022-795-6708
贰-惭补颈濒：蝉肠颈-辫谤*尘补颈濒.蝉肠颈.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）