多重極限環境を用いた物質新機能の開拓

keywords.jpg多重極限物性測定,超音波分光,新機能物質,極低温,強磁場,超高圧 

鈴木 孝至 

TAKASHI SUZUKI

division.jpg先端物質科学研究科 量子物質科学専攻 量子物質科学講座

position.jpg教授

研究概要

研究の背景

物質の性質は,これを構成する電子の性質であると言っても過言ではない。電子は,それ自体電荷をもつと同時に磁石でもある。新機能の宝庫である電子の量子力学的な性質は,低温において顕在化する。一方,物質はそれぞれが特徴的な構造を有する。従って,適切な温度環境下で,物質の構造や,電気的,磁気的性質を制御できればそれが新機能開拓の近道である。

研究内容

我々は,摂氏-273度以下の極低温,10万気圧までの超高圧,16万ガウス以上の多重極限環境を駆使し物質パラメタを制御して,固体の各種熱力学量,伝導,構造等を精密測定することにより,エキゾチック超伝導体,強相関電子系物質やマルチフェロイクスにおける新機能の開拓やその発現機構解明に尽力している。取り分け,超音波分光法による世界屈指の分解能を誇る弾性率測定や超音波吸収係数の測定に特徴をもつ。

成果

理学系の研究室であり,本来の研究目的は物質における新機能の量子力学的発現機構の解明である。電子軌道を起源とする多極子秩序に関する新発見など多くの成果を挙げてきているが,その内容は一般には分かりづらい。ここでは,シーズとして分かりやすい例を2つほど例示する。

1.圧力印加により超伝導状態から直接絶縁体へと転移する物質CuRh2S4を発見した。無機3次元超伝導体における世界で最初の例である。この圧力誘起超伝導体・絶縁体転移を応用することにより,下に記してあるとおり1つの国体特許と2つの国内特許を取得した。特に,新規のジョセフソン素子および新規の超伝導量子干渉素子(SQUID)構造の考案は,基本特許である。(右図は,超伝導転移温度Tcの圧力依存性。)

2.弱い電場の印可によってモット絶縁体から金属へ転移する物質Ca2RuO4を発見した。(右図は,電場印可によりが絶縁体から金属へ転移する様子。) この成果は,英国の科学雑誌Nature Publishing Groupの『Scientific Reports』電子版に掲載され,国内では新聞数紙に報道された。記者会見の詳細へ次のURL参照。
http://www.hiroshima-u.ac.jp/news/show/id/17849

実用化に向けて(想定業界・用途、課題、企業への期待など)

多重極限環境を用いた物性測定による材料評価やその結果に関する助言等が可能である。また,我々が発見した新機能に関心のある企業等々の共同研究・受託研究も可能である。その場合,知見の提供,調査,コンサルティング,技術指導も可能である。

本研究の特徴・優位性

我々の研究室では,物性測定のうち取り分け超音波分光法に特徴・優位性を持つ。本研究者が開発した位相比較型パルスエコー超音波分光装置は,弾性率測定の分解能が世界屈指の1億分の1に到達している。この分解能では,電子の量子力学的な軌道を決定することもできるなど,固体のフォノンから電子の持つ多極子さらにはフェルミ面情報などを決定することができる。

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・国際特許(米国)
 発明者:鈴木孝至 出願人: 広島大学 特許番号:US 8, 338, 821 B2(2012 年12 月25 日取得)
 発明の名称:「 Pressure detection apparatus, Josephson device, and superconducting quantum interference device that include superconductor thin film that undergoes transition from superconductor to insulator by pressure」

・国内特許(日本)
 発明者:鈴木孝至 出願人: 広島大学 特許番号:特許第4460021 号(2010 年2 月19 日取得)
 発明の名称:「 圧力によって超伝導体から絶縁体へ遷移する超伝導体薄膜を用いたジョセフソン素子および超伝
導量子干渉計技術」

・国内特許(日本)
 発明者:鈴木孝至 出願人: 広島大学 特許番号:特許第4394751 号(2009 年10 月23 日取得)発明の名称:「圧力によって超伝導体から絶縁体へ遷移する超伝導体薄膜を用いた圧力検出装置」

論文;1) F. Nakamura, T. Suzuki, Y. Maeno et al., Scientific Report 3 (2013) 2536.
   2) I. Ishii, T. Suzuki el al., Physical Review B87 (2013) 205106.

受賞:鈴木孝至 平成22年・文部科学大臣表彰科学技術賞受賞

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