スピンパイエルス転移の超音波による研究

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本研究の目的は、強磁場中におけるスピンパイエルス転移と結晶格子の関係を超音波を用いて研究することにあった。超音波実験で測定される弾性定数は、系の自由エネルギーの歪による二階微分で与えられる熱力学量であり、その異常から転移温度の歪依存性等を定量的に議論するためには、同じく熱力学量の一つである比熱の振る舞いを測定すべき温度磁場領域で把握しておく必要がある。そこで、今年度は、強磁場中で測定可能な比熱測定システムの構築を超音波実験装置の設計と平行しておこなった。比熱の測定方法は、光加熱交流法を採用した。本方法は、断熱法等の従来の方法と比べて、温度分解能が10mK程度と極めて高い他、磁場を掃引しながら比熱を測定出来るため、磁場中での相転移の性質の研究に適している。また、応力をかけながらの測定も可能なため、格子の性質を探る上でも有利であると考えた。今年度構築したシステムでは、特に試料に照射する光強度の制御に配慮し、5Tの強磁場中で1mg以下の微小試料を用いた場合においても相対精度が0.1%という極めて高い精度を実現することができた。装置の評価のため、酸化物高温超伝導体Bi_2Sr_2CaCu_2Oy単結晶の比熱を磁場中で測定し、超伝導転移に伴う比熱異常を磁場中でも明瞭に捉えることが出来た。Bi_2Sr_2CaCu_2Oy単結晶に対するこのような高精度な比熱測定は他に例が無い。今年度は時間的問題からスピンパイエルス系CuGeO_3の測定に至ることはできなかったが、超音波測定装置も設計を完了しており、近い将来に比熱と弾性定数の測定を組み合わせ、磁場中でのスピンパイエルス系の格子の性質の解明という目的が完全に達成出来るものと考えている。