Development of the apparatus for measuring electric and magnetic properties of iron-based superconductors under complex extreme conditions and its application to the BCS-BEC crossover physics

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本研究では、50テスラを超す強磁場と高圧力を組み合わせた多重極限環境下での物性測定装置の開発を大きな目的としている。強磁場の発生は、研究代表者の所属機関に既設の非破壊型パルスマグネットと大型コンデンサーバンクにより可能である。一方、高圧力の発生は目標とする圧力により、ピストンシリンダー型（2ギガパスカル程度）、対向アンビル型（4ギガパスカル程度）、ダイヤモンドアンビル型（10ギガパスカル程度）を使い分ける。圧力セルの構成部品の多くは金属製（Cu-Be合金、Ni-Cr-Al合金やステンレス）であるため、パルス強磁場中ではそれらの部品に誘起される渦電流がジュール発熱を引き起こし、精密測定を阻害してしまう。予備実験として用いた、最も金属量の多いダイヤモンドアンビル型圧力セルでは、圧力保持に必要なステンレス製のガスケットが試料の直ぐ近くにあるため、パルス強磁場の発生直後から顕著な温度上昇が観測された。当該年度で最も進展のあったのはピストンシリンダー型圧力セルを用いた測定であり、Ni-Cr-Al合金製のシリンダーからのジュール発熱はあるものの、試料まわりの圧力媒体およびテフロンチューブによる熱伝達の阻害がその影響を抑制していることがわかった。これにより、インダクタ－・キャパシタ－（ＬＣ）共振回路を用いた、50テスラ、2ギガパスカルの磁場-圧力範囲での磁化率測定を可能にした。この装置をフラストレート量子磁性体CsCuCl3に応用し、この物質の飽和磁場に至る磁場範囲での磁場-圧力相図を明らかにし、米国物理学会が発行する「Physical Review B」誌に論文発表するとともに、国内外でのいくつかの会議において発表した。