非慣性コロイド分散系における力学的整流現象の開拓

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、磁性体中の角運動量と力学回転の結合現象であるバーネット効果を用い、予備実験で発見した非慣性系の流体中に分散したコロイド粒子に生じる付加的回転現象を解明することを目的とする。R4年度は、バーネット効果の測定に用いる回転装置の改良とそれを用いた再現実験、さらに溶媒凍結実験に取り組んだ。回転装置は、温調した高圧ガスによって試料を封入したローターを回転させ、磁化した試料からのnTオーダーの漏れ磁場を試料横のフラックスゲートセンサーによって検出する。改良点として、回転誘起磁場と同じnTオーダーの極低磁場領域において帯磁率が測定可能な系を考案し、回転装置に組み込んだ。具体的には、ローターと同配置で試料を挿入したソレノイドコイルに矩形電流を印加し、漏れ磁場から帯磁率を換算する手法を開発した。改良された装置でバーネット磁場の回転周波数依存性を測定し、装置の性能評価を行った。結果、１）磁性流体の溶質であるFe3O4ナノ粒子のg因子を同定し、２）予備実験同様、磁性流体において付加的回転分を反映した信号の増大を発見した。１）によって先行研究で報告されたFeCo-MgF2と同様、3d遷移金属化合物であるFe3O4においても軌道磁化の寄与がバーネット効果によって検出可能なことが明らかになった。また、再現性が取れたため、本装置を用いて溶媒の流動点未満の170Kでバーネット効果測定を行い、信号強度が粉末試料と同程度にまで抑制されることを発見した。これは溶媒の凍結によって付加的回転が失われたことを意味し、付加的回転が液体中の粒子の並進自由度を起源とする当初の主張を支持する結果である。以上、高感度バーネット効果測定装置の開発と磁性流体中の付加的回転の実測及び一部系統測定まで達成した。本成果の一部は、Review of Scientific Instrumentsに論文投稿中である。