In-situ NMR studies of strongly correlated electron systems under light illumination

光照射下强相关电子系统的原位核磁共振研究

基本信息

批准号：
21K18897
负责人：
後藤敦
金额：
$ 4.08万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18897/
关键词：
光物性核磁気共鳴強相関電子系強相関電子系物質光励起

项目摘要

固体物性に多様性をもたらしている強相関電子系の特異な電子状態を理解する上で、低エネルギー磁気励起の特徴を理解することは不可欠である。一方、光照射による状態変化はもととなる電子状態を反映しており、その機構解明に重要な手がかりを与えてくれるものと期待される。NMR（核磁気共鳴法）はこれまで強相関電子系の低エネルギー磁気励起の特徴の解明に多くの実績を残してきており、これを光照射下でのその場測定に活用すれば、特異な電子状態の解明に貢献できる。本研究では、低温環境下で稼働する光照射NMRその場測定システムを構築し、それを利用して光照射下でのNMR測定を行うことで、強相関電子系における特異な電子状態の特徴を明らかにすることを目標としている。第２年度となる令和４年度は、前年度に設計した光照射NMRその場測定のための新規プローブの製作を進めた。まず、光照射時の安定的な温度制御を実現するための試料チャンバーを開発した。同チャンバーは、真空断熱状態のクライオスタット内で、試料の表面に励起光を照射した状態で試料温度を制御しつつNMR測定を行うためのもので、その内部に試料及び検出コイルを収めて、熱交換ガス（ヘリウムまたは窒素）で満たした後に、光学窓付きのICFフランジで封止する構造となっている。熱交換ガスを同チャンバーに封入するためのグローブボックスを新たに用意し、試料・コイル・温度計を内部に固定した状態で、チャンバー内にガスを封止することが可能であることを確認した。また、同試料チャンバーに適合する光照射NMRプローブについても新たに製作した。同プローブのベース部には石英ファイバー用の真空ファイバーアダプターを取り付けた。これにより、光学台上のレーザーから励起光をクライオスタット内に導光することが可能となった。

了解在固体物理特性中提供多样性的强相关电子系统的奇异电子状态对于理解低能磁激发的特征至关重要。另一方面，光照射引起的状态变化反映了潜在的电子状态，并有望为阐明机制提供重要的线索。 NMR（核磁共振）在阐明强相关的电子系统中低能磁激发的特征方面取得了许多成就，并且通过将其用于在光照射下进行原位测量，它可以促进阐明独特的电子状态。这项研究旨在通过构建在低温环境中运行的光辐照的NMR原位测量系统来阐明在强相关的电子系统中独特的电子状态的特征，并使用此操作在光照射下执行NMR测量。在2022财政年度，第二年，我们继续生产新的探针，用于对光照射的NMR的原位测量，这是我们在上一年设计的。首先，开发了一个样品室以在光照射期间实现稳定的温度控制。腔室用于在真空绝缘的低温恒温器中执行NMR测量，在控制样品温度时，激发光被照射到样品表面。将腔室配置为存储样品和检测线圈内部，并用热交换气体（氦气或氮）填充，然后用光学窗口用ICF法兰密封它。准备一个杂物盒，将热交换气体密封到腔室中，并确认有可能将气体用样品，线圈和温度计固定在室内密封。还新制造了适合同一样品室的光辐照的NMR探针。将石英纤维的真空纤维适配器连接到探针的底部。这使得可以将光学平台上激光器的激发灯引导到低温恒温器中。