核磁気共鳴法を用いたスピンアイス状態のスピン構造、スピン緩和機構の解明

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3年目となる本年度では、受入研究室のプロジェクトとして超高圧NMR装置の開発と鉄系高温超伝導体の関連物質のNMR研究に従事した。5GPa以上の超高圧域のNMR実験は試料体積等の問題があり現在までほとんど行われていなかった。本研究では、体積効率や種々の点に優れた超高圧装置を開発することにより、9GPaまでの実用的なNMR実験を初めて可能にした。同サイズのこれまでのセルに比べて10倍程度の試料室体積を持つこと、アルゴンを圧力伝達媒体に用いた高い静水圧性、光学窓を通したルビー蛍光の精密な圧力決定、磁場中2軸回転機構を同時に使用できる点等が特徴である。実験の詳細およびNMR圧力計の確立のためのCu_2O,Sn,Ptの圧力・温度依存性測定を報告した論文は、JPSJ誌の"Papers of Editors' Choice"に選ばれている。上記の圧力装置を用いたNMR実験として、鉄系超伝導波物質SrFe_2As_2単結晶の超高圧下NMR実験を行った。この系の母物質では超高圧下で超伝導相が出現することが知られているが、化学量論比の単結晶での実験が可能であるため非常にきれいな系での研究であり、また超高圧NMRのテストケースとして最適であった。国内外の会議、論文において、5.6GPaでは反強磁性相と超伝導相が小さいスケールで自発的に共存している状態が実現していることを報告した。両相間の微視的な相関が強く示唆されること、転移温度において同時に両相が出現することがこの共存状態の特徴である。不均一さで生じる相分離や、異なるバンドで生じるミクロな磁性超伝導相はこれまでに報告されてきているが、この系の共存は新しいタイプの磁性超伝導であるといえる。これらの超高圧研究に対して、東京大学物性研究所のISSP学術奨励賞を授与された。