Development of low-temperature magnetization measurement system for small single crystals

本研究では、希釈冷凍機温度(数十ミリケルビン)までの極低温領域での、数十マイクログラム級の微小単結晶試料の磁化の精密測定を可能にする装置を開発することを目的としている。現在極低温領域の磁化率測定手法として最も信頼性の高い、グラジエント型超伝導マグネットを用いたキャパシタンス法によるファラデー力測定を改良し、最近市販が始まったメンブレン型表面応力センサーと組み合わせ、微小単結晶試料での磁化測定の実現を目指している。微小単結晶試料をメンブレン上に配置し、グラジエントマグネットにより鉛直方向に磁場勾配をつける。これにより、試料の磁化に比例したファラデー力が鉛直方向に働き、メンブレンがたわんで、その変位量をキャパシタンス法により測定する。本研究で開発する極低温磁化精密測定システムは、外部磁場に勾配をつけるため立方晶など磁化異方性のない試料での測定も可能であり、かつキャパシタンス測定のため希釈冷凍機温度までの測定が可能であるという、ファラデー力測定の特徴を生かしながら、微小試料での測定を目指すものである。今年度は、メンブレン型応力センサーの裏側に金蒸着を行い、可動電極との間でコンデンサを構築し、キャパシタンス測定の室温における予備測定を行い、原理的に測定可能であることを確認した。それと並行して、グラジエントマグネットの動作確認を行った。今後は極低温における測定システムを構築し、実際の試料における測定をおこなう。

本研究では、希釈冷凍機温度(数十ミリケルビン)までの極低温領域での、数十マイクログラム級の微小単結晶試料の磁化の精密測定を可能にする装置を開発することを目的としている。現在極低温領域の磁化率測定手法として最も信頼性の高い、グラジエント型超伝導マグネットを用いたキャパシタンス法によるファラデー力測定を改良し、最近市販が始まったメンブレン型表面応力センサーと組み合わせ、微小単結晶試料での磁化測定の実現を目指している。微小単結晶試料をメンブレン上に配置し、グラジエントマグネットにより鉛直方向に磁場勾配をつける。これにより、試料の磁化に比例したファラデー力が鉛直方向に働き、メンブレンがたわんで、その変位量をキャパシタンス法により測定する。本研究で開発する極低温磁化精密測定システムは、外部磁場に勾配をつけるため立方晶など磁化異方性のない試料での測定も可能であり、かつキャパシタンス測定のため希釈冷凍機温度までの測定が可能であるという、ファラデー力測定の特徴を生かしながら、微小試料での測定を目指すものである。今年度は、メンブレン型応力センサーの裏側に金蒸着を行い、可動電極との間でコンデンサを構築し、キャパシタンス測定の室温における予備測定を行い、原理的に測定可能であることを確認した。それと並行して、グラジエントマグネットの動作確認を行った。今後は極低温における測定システムを構築し、実際の試料における測定をおこなう。