ISSP - The institute for Solid State Physics

Organization
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嶽山研究室
教授
嶽山 正二郎
助教
中村 大輔
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100テスラ以上の超強磁場発生技術開発とそのような極限環境下で発現する物性の探索的研究を行っている。超強磁場の発生手段として、電磁エネルギーを利用して磁束濃縮を行う「電磁濃縮法」と一巻き銅コイルに高速大電流を投入して超強磁場を発生する「一巻きコイル法」を用いている。「電磁濃縮法」では、すでに室内世界最高磁場発生730 テスラを実現しているが、 更に高い磁場発生とより精度と信頼度を高めた物性計測を目指した研究開発を進めている。 2010年より「電磁濃縮1000 T計画」の下に装置建設を推進している。「一巻きコイル法」では、発生磁場の方向により、横および縦型をそれぞれ有し、横型は主にレーザーを用いた磁気光学測定に、縦型では極低温容器と組み合わせた低温磁化測定、光ファイバーを利用した磁気光学測定に用いている。「一巻きコイル法」では再現性と高い測定精度が得られ、およそ200テスラまで物性実験を行っている。当研究室では、このような超強磁場量子極限環境下で、カーボンナノチューブ、グラフェンや半導体ナノ構造での超強磁場磁気光学による電子状態の解明、超伝導体の臨界磁場、フラストレート量子スピン磁性体などの超強磁場磁化過程を通しての磁気物性の解明などを進めている。

新しく開発された電磁濃縮法の超強磁場発生装置。5MJの高速コンデンサバンクから送り出される大電流(max 8 MA)が集電板を経由して主コイルに流れる。最大充電電圧や残留インピーダンスなどの装置の性能が向上したことで, 1000 Tの室内実験世界最高磁場発生途物性計測の確立を目指して建設を進めている。
電磁濃縮法で発生した超強磁場で半導体カーボンナノチューブの300 T強までのアハラノフ•ボーム(AB)励起子分裂を観測した。カーボンナノチューブのAB分裂の明確な観測としては世界最高磁場である。バンド端の暗励起子と明励起子の混成が100 T程度で終わり、その後、観測に成功した367 Tまで、ブリルアンゾーンのK点とK’点での2つの独立した明励起子としての分裂の様相を示すことが分かった。この明瞭なエネルギー分裂からカーボンナノチューブでのAB分裂について正確な定量的評価が可能となった。

研究テーマ

  1. 100 T以上の超強磁場発生と物性計測技術開発
  2. 超強磁場磁気光学効果
  3. 超強磁場磁化過程、超伝導体の臨界磁場