超音波屋の業務日誌

トップページで紹介されてる！！！ 　通常の金属では、フェルミエネルギー近傍の電子が電気伝導や熱伝導などの物性を担っている。さらに磁場中では、電子のエネルギーがランダウ量子化されることで、フェルミエネルギーとランダウ準位の位置関係に応じて物性が磁場に対して周期的に変化する量子振動現象が現れる。量子振動はフェルミ面を直接探ることができる強力な実験手法として広く利用されている。 　一方、近藤絶縁体として知られるYbB₁₂では、絶縁体状態であるにもかかわらず、電気抵抗や磁気トルクなどに量子振動が現れることが報告されている。物性には電子だけでなく結晶格子振動（フォノン）も重要な役割を果たすため、本研究ではフォノンとの相互作用を介して電子状態を調べることができる超音波測定を用い、YbB₁₂絶縁体相における量子振動の探索を行った。 　その結果、3He冷凍機とパルスマグネットを組み合わせた低温・強磁場環境下で超音波測定を行ったものの、絶縁体相における音響的な量子振動は観測されなかった。一方で、YbB₁₂の磁場誘起金属相では明瞭な音響的量子振動を観測することに成功した。本研究の結果は、YbB₁₂で報告されている特異な量子振動現象の起源を解明する上で重要な手掛かりを与えるものである。 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 　これまで栗原は，YbB₁₂の強磁場超音波に取り組んでおり，量子振動の観測にトライしてきました．しかし，物質依存性のためか，振動の観測には至れませんでした．それをちょろっと報告したのが Phys. Rev. B 103, 115103 (2021). です．悔しかった...アンチになりました．あまりに悔しかったので， Z. Xiang et al., Science 362, 65 (2018). や Y. Sato et al., Nature Phys. 15, 954 (2019). の論文で使用された試料そのものを取り寄せ，強磁場測定に取り組みました．今思うとアンチすぎる 　この研究では，まず先行研究の量子振動を再現するかどうかを調べました（時系列的にはま...

  Pt. 1の続きです ．2025/05/20ちょっと改訂 introduction 前回は，超伝導上部臨界磁場 H c2 の温度依存性を WHH理論 に基づいて数値計算しました．使用した言語は Julia Lang. です．このWHH理論では，パウリ常磁性効果やスピン-軌道結合の効果を取り入れることができます．これにより，特に低温部分の H c2 curveが変化することを見ました．fittingパラメーターも少ないですし，実験データを解析するときはまずWHH理論を使うのがよさそうです．オッカムの剃刀に従えってわけですね．現実の物質においても，例えばFe(Te, S)超伝導体では α  や λ _SOの寄与が重要となるようです． しかしながら，WHH理論では実験データをうまくフィットできない場合があるようです．そこで登場するのが， A. Gurevich, "Enhancement of the upper critical field by nonmagnetic impurities in dirty two-gap superconductors",  Phys. Rev. B 67 , 184515 (2003). によって与えられたモデルとなります．ここでは便宜上，two-band WHHと書きます．タイトルにあるように，超伝導ギャップ（秩序変数）が2成分ある場合の臨界磁場を記述するモデルになっています．マルチバンド超伝導体に適用できそうですね．今回はこのtwo-band WHHに基づいて上部臨界磁場の温度依存性を数値計算してみようと思います． まず，注目すべき式を見てみます． ここで， としました．...複雑ですね．超伝導ギャップが2つ存在することから，これらの関係を記述するためには2 x 2行列とその固有値方程式が登場することに由来していそうです．詳しくは論文を参照してください．...ﾑｽﾞｶｼｲ... モデルを理解するため，まずパラメーターに着目しましょう． λ _11, λ _22,  λ _12, λ _21, D _1, D _2です． λ _11および λ _22 はintraband coupling constant,  λ _12および λ _21はinterband couplin...

Introduction 筆者が所属する研究室では，鉄系超伝導体Fe(Te, S)の実験的研究に取り組んでいます．特に2024年度は，大学院生と一緒に物性研究所・国際超強磁場科学研究施設のパルスマグネットを共同利用させていただき，強磁場磁気抵抗測定からFe(Te, S)の臨界磁場を測定しました．いわゆる H c2というやつですね．TeX記法だと$H_\mathrm{c2}$．実験結果から H c2の温度依存性が得られるので，これを理論式でフィットできればいろいろなことがわかります．そして分かったことを論文にまとめてaccept!!!されれば業績となります．音波以外もできるってことを見せなければ... これまでの理論研究によって，ある温度 T における臨界磁場 H c2が満たすべき関係式が与えられています．今回は N. R. Werthamer, E. Helfand, and P. Hohenberg, "Temperature and Purity dependence of the Superconducting Critical Field Hc2. III. Electron Spin and Spin-Orbit Effects", Phys. Rev.  147 , 295 (1966). よって与えられた，いわゆるWHH理論を用いて実験データを解析します．このWHH理論では，温度 T  を超伝導転移温度 T c で割った t ，および臨界磁場を含む h  を変数とする以下の関係式を与えています   ( 本当は h  の上にバーを付けます．ブログでは入力できないので省略します ) ． ここで ψ はdigamma関数と呼ばれる特殊関数です．解析的に H c2を求めるのは困難ですね...なんとかしなければ... Method そこでプログラミング言語 Julia を用いて数値することで， H c2の温度依存性を計算します．実験屋ですが頑張ります． 以下ではJulia 言語で作成したWHH H c2 計算コードを紹介していきます．作成環境はJulia 1.9.4．コーディングの際には Jupyter Notebook を用いています．なにそれ？という方はAIに聞きましょう．PCにインストールするのがめんどくさい...

 Nikon Z5 + Nikkor Z 50 mm f/1.2 S そう，鉄系超伝導体の国際会議ですね． 2025年2月に宮崎県宮崎市シーガイアコンベンションセンターにて開催されたIBS2app 2025に招待され，20分講演してきました． 内容は Fe(Te, S)のアニール処理による超伝導バルク化の研究 について． こちらは2023年度に弊研を卒業した院生の修論に基づいています． これに加え，Fe(Te, S)の超音波に関しての内容も話しました． こちらは弊研M1院生の研究内容．この院生も会議に参加し，ポスター発表しました． 北海道の30分講演と比べたら短時間ですが，ほぼ初対面の人に対しての20分講演はとても大変です． 夜に子供たちが寝てる横で，頭のなかでスライドを再生しつつ時間内に話せるようになるまで練習しました．子供たちにはうるさいと怒られながら．．． ところで，この時期の宮崎はプロ野球球団を始めとしてスポーツ選手たちのキャンプ地になっています． 宮崎空港は野球一色，宮崎駅には野球ファンがあふれ，会場に併設されているシェラトンもソフトバンクホークス一色とお祭り騒ぎでした．

  Nikon Z5 + Nikkor Z 50 mm  f/1.2 S 2025年1月の北海道大学にて開催された超音波物理ミニ研究会に招待されました． 北大の兄弟子の弟子の博論審査が開かれる+審査員にDresden HLDの叔父が参加という貴重な機会． それならばということで併設された研究会でした．

  NIKON Z5 + NIKKOR Z 24-70mm f/4 s 栗原の研究計画が採択されている学術変革領域(A)「1000テスラ科学」の第4回領域研究会が開催されています．場所は熱海です．例の土砂崩れ現場のすぐ近く． 研修施設に泊まり込み，日中はみっちり研究発表を，夜はなごやかにディスカッションをしています． 領域会議には，研究者だけではなく，所属研究室の学生も参加できます． そこで今回はM1の学生に参加してもらい，強磁場超音波計測に関する研究内容をポスター発表してもらいました． このような研究会での発表は，普段とは異なる環境かつバックグラウンドが異なる人に研究内容を紹介するため，理解してもらうためにはどうするかを考え学べる場です． 今後も学生にはガンガン研究会に参加してもらおう

  使い古された見た目，しかし現役 栗原の主な測定手法は，超音波測定． 1 GHzまでの交流信号を発振できる装置や，高速なオシロスコープなど，いろいろな装置が必要となります． 自前でそろえた音波装置を持つと，1人前の音波屋になったような気がします． 栗原もなんとか装置をそろえようとしてきており，科研費で装置を購入したりお古を回収するなどして，なんとか超音波測定ができる環境を整えることができていました． ...温度測定を除いては 我々物性実験屋は，主に各種物理量の温度依存性を測定して物理を議論します． そのため，温度測定装置も重要な実験装置の1つとなります． 栗原はこれまで温度測定装置をもっておらず，所属研究室の装置を利用していました（いっぱいあるし）． しかし，将来のことを考えて装置購入を決断．Lake Shore社の332型温度コントローラーを手に入れました！ これで超音波測定装置が完全にそろったと言えます．これで一人前になったね！

NIKON Z5 + NIKKOR Z 50mm f/1.2 s 9/15 - 9/24の日程で北海道に出張しました． 久しぶりの飛行機．まずは空港ロビーで発表資料を作ります． 気が付くと同世代物理学者が集合してきました．さすが学会前の羽田空港． 16 - 19日の日程で，まず最初の出張目的である物理学会に参加 17日には超音波実験の結果を報告しました． 学会期間中，夜は基本的に議論(+飲酒)の場となります． 全国から人が集まるこの期間でしかできないディスカッション，重要です． NIKON Z5 + Leica Elmarit M 28mm f/2.8 20日からはアシンメトリ量子若手秋の学校に参加 光栄なことに講師として呼んでいただき，超音波と多極子に関する内容を話しました. 普段はあまり関わらない先生方とのnight discussionができ，今後の活動の幅が広がりそうです． ｱｼﾒﾘｮｳｺ... 23 - 24日は北大の兄弟子と実験・議論でした．休む暇はない． 帰宅後，久しぶりに子供と会話してびっくり 長男・次男ともに語彙力がアップしている．．．？ パパに内緒の出来事もあったらしく気になってしょうがない...

  適当に組み合わせてなんとかする 先週は実験期間でした。反動でやる気がなくなりました。 その結果、気づいたら旋盤を回して真鍮を削り、バーナーでSUSパイプに銀ロウ付けしてました。ついでにNW25のフランジも銀ロウ付けしました。低温実験用プローブを突っ込んで真空引きするチャンバーの出来上がり！ 液体窒素温度までの物性測定プローブの需要が出てきたため、製作を始めました。次はプローブの骨をつくります。今度はフライス盤です。

学生のセッティングで超音波エコーがみえた！！！ (Nikon Z5 + Nikkor Z 50mm F1.2 S) 栗原は超音波測定しかできない実験屋です．他の測定は難しすぎる... 最近はM1の学生に手伝ってもらい，低温超音波測定用のプローブ作りや測定のためのセッティングをしてもらっています． 始めは苦戦していたM1学生も，なんとかコツをつかんだようです．念願の超音波エコー信号がみえました（写真左上，黄色い波形）！ これで自信をつけてもらい，より難易度が高い物質の音波測定にチャレンジしていきます．  

最近ゼミで学んだロックインアンプに興味深々 卒業研究がスタートしています． 試料育成や基本的な測定方法を習得するため，弊研の4年生は銅酸化物超伝導体YBCOのゼロ抵抗観測に挑戦します． 合成では「量る・混ぜる・焼く・切る」というまるでお料理のようなスキルが，測定では「はんだづけ・電極付け・データ処理」というとても汎用性の高いスキルが修得できます．

 Amazonで購入した怪しい巻線機用ハンドル 超伝導転移は、物質の電気抵抗がゼロとなる完全導伝性、および物質内部から磁場が排除される完全反磁性で特徴付けられます。 矢口研ではこのうちの反磁性に着目し、Sr2RuO4の超伝導点移転を検出するためにAC磁化率測定法を用いています。 AC 磁化率測定では、二つのコイルが登場します。 一つ目は、物質に対して振幅数Oe程度の弱い交流磁場を印加するコイル。 もう一つが、そのときの物質の磁化を電磁誘導の法則を用いて検出するためのコイルです。 磁場の発生効率、また磁化の検出効率はコイルの巻き数に依るため、たくさんまきます。これでもかと巻きます。 磁場印加用のコイルは、だいたい2000ターンくらいです。気が遠くなりますね。 そこで誰でも簡単にコイル巻きができるように、巻線機なるものを用います。 写真は、栗原が組み立て始めた巻線機です。矢口研の現行品を改良し、さらなる巻きやすさを追求しています。 いろんな市販品を組み合わせ、一点物の装置を作る。実験の面白いところです。

ひさかたの　光のどけき　春の日に   理科大野田キャンパスの桜も満開を過ぎ，散り始めました． キャンパス内はもちろんのこと，利根運河沿いには桜並木が続きます． もう花は散り始め，枝に広がる桜色は緑色へと変化し始めています．

わずか40ミリ秒程度の間に，50 Tもの強磁場 3/13 - 17の日程で，栗原はパルス強磁場実験をします．場所は，東京大学物性研究所・国際超強磁場科学研究施設（柏キャンパス）です． 物性研究所は共同利用施設の面を持っており，研究者が申請すれば様々な実験装置を使用できます．パルス強磁場もそのうちの1つです． （非破壊）パルス強磁場用の電磁石を用いることで，40 msec程度という短い時間ですが50 Tを超える磁場を発生できます．この時，電磁石には数十 kAの電流が流れます！！！キャパシタンス，充電電圧を見るとそのスケールに圧倒されます． 強い磁場を発生するものとしては，超伝導磁石が一般的です． 医療用MRIでは通常1 T程度，先日栗原が検査した際のMRIは3 Tでした． 一般的な超伝導磁石は10 T程度，国内最強の超伝導磁石でも25 Tが最大です． 50 Tという磁場は，超伝導磁石では到達できないほどの強磁場です．すごい！ このような強磁場を用いることで，人間が通常は到達できない世界での物質の状態を見ることができます． 栗原はこのパルス強磁場と超音波を組み合わせ，物質の電子状態を研究しています． 今日は実験初日ですが，さっそく面白いデータが...最高...！！！  

何かにつまずくとほんとに危ない...なので上から垂らすぞ，気をつけろ！ 実験室のアレンジはとても大切です．作業しやすい環境を作ると，実験準備や実験そのものがしやすくなります． 床に配線類が散乱している場合には，つまずくことによるケガのリスクだけではなく，装置の落下などの事故にもつながります． 300万円の装置が落下...また科研費当てなきゃ...なんて状況はいやですね． そのため，ときに実験屋は大工に転職します．資材を組み合わせ，ボルトを回してラックの出来上がり．  

  食べきれないので食べてもらう 不定期ですが，栗原がお菓子を大量に持ち込むことがあります．その際は食べ放題です．

 どこにでもありそうなデザインに　ひとつまみのスパイス 研究者は，実験や論文書きばかりしているイメージがあるかと思います． しかしながら，意外にもIlustratorやphotoshopといったアート系アプリの使用頻度も高いです． 論文の図や，科学研究費の申請書に使用する図など，多くの人の目に入るものは"""映える"""方が記憶に残りやすいからです． 少しでも有利にことを運んで研究費をゲットしたい...みなそう思います 余談ですが，理科大関係者はAdobe Creative Cloudが使い放題です．なんということだ...学生にとって，これだけでもかなりコスパがいいのではないでしょうか？ ところで学生の間で用いられる"""コスパ"""という言葉...いったい何を意味するのでしょうか...？

想定質問が実際に飛び出て心の中でガッツポーズを決めるS君．栗原もガッツポーズ 2023/02/08 - 09の日程で，修士論文発表会が開催されています．当研究室の発表は2名です． 冷や汗たらしながら質疑応答する様子は，いつ見ても慣れませんね... 副査から長手数の攻めを受けるT君...攻めが厳しすぎて栗原でも受けきれなそう  

発表のことは思い出したくない...いや，思い出せない...？記憶が... 修士学生の大仕事・修論発表が近づいてきました．これまでの研究生活のまとめの場です． 発表の場には，物理学科の全教員が参加し審査します．つまり，矢口研のフィールドである物性物理の先生のみならず，素粒子・宇宙論の先生方も参加するのです． それゆえ，なるべくいろいろな人に伝えるようなプレゼンテーションが重要となります． スタッフ一同，発表直前までお付き合いします

 A5ランクとかラベルされてるだけで，なんだかやんごとないものに見える 矢口研で育成された試料は，EPMAを使用してもれなく元素分析されます． Electron Probe Micro Analyzerは，試料に電子線を照射して発生する特性X線強度を測定することで，試料を構成する元素の比を決定できる装置です． FeSe系では元素比が1:1からずれるため，元素比の定量分析が欠かせません． また，Fe(Te, S)といった元素置換試料は，その置換量が重要であり，やはりEPMAが欠かせません． "元素分析済み" これだけで，データの価値は上がります．