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「FIB微細加工と三次元ベクトル強磁場を用いた物性研究」
木俣 基 氏
Dec 26, 2023
日本物理学会北海道支部講演会
講演題目： FIB微細加工と三次元ベクトル強磁場を用いた物性研究
講 師 ： 木俣 基氏
東北大金研
日 時 ： 2023年12月26日(火) 17:00-18:00
場 所 ： 北海道大学理学部２号館 2-211（ハイブリッド）
要 旨 ：
時間と空間の反転対称性が同時に破れた系では、固体中の電気と磁気の結合現象が生じることが知られている。代表例は磁性絶縁体における磁性と電気分極の交差相関でありマルチフェロイクスとして盛んに研究されてきた。一方、伝導系物質では電気分極が伝導電子によって遮蔽されるため電気分極は存在しない。そのためどのような形態の電気磁気結合が生じるのか自明ではなかったが、近年、電流誘起磁化[1-3]や非相反伝導[4-7]等の金属に特有な電気磁気結合が観測され注目を集めている。 最近我々は、集束イオンビーム(FIB)を用いて単結晶を微細加工することで抵抗測定の精度を上げ、非相反抵抗の定量評価やパルス強磁場中での精密輸送測定を行っている。今回の発表では FIB による単結晶微細加工を用いた最近の進展を概観するとともに，この技術を活用した実験例として，ジグザグ反強磁性体におけるゼロ磁場での自発的な巨大非相反抵抗と反強磁性ドメインの可視化，パルス強磁場下におけるスピン三重項超伝導体の精密抵抗測定[8]などについて紹介する。 また東北大学金属材料研究所の強磁場施設は、20 T以上の定常強磁場を提供できる国内唯一の施設であり、マグネット冷却に液体ヘリウムを使わない無冷媒強磁場マグネットなど、高磁場を数日オーダーで維持可能な世界的にも特徴ある装置群を有している。我々は、この定常強磁場環境のメリットを最大限活用するため、二軸回転機構を組み合わせた「三次元ベクトル強磁場」を構築して研究を行っている。特にこれまで主体であった抵抗測定[9-11]のみならず、NMR[12]や交流磁化率[13]、比熱、超音波、高圧下実験等の多様な実験が可能となっている。これまでの実験例や今後の展開を紹介する。
[1] T. Furukawa et al., Nat. Commun. 8, 954 (2017).
[2] H. Saito et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 033702 (2018).
[3] Y. Nabei et al., Appl. Phys. Lett. 117, 052408 (2020).
[4] T. Ideue et al., Nat. Phys. 13, 578–583 (2017).
[5] R. Aoki et al., Phys. Rev. Lett. 122, 057206 (2019).
[6] K. Ota et al., arXiv:2205.05555.
[7] K. Sudo, et. al., Phys. Rev. B., 108, 125137 (2023).
[8] T. Helm, et al., arXiv:2207.08261.
[9] M. Kimata et al., Appl. Phys. Lett. 116, 192402 (2020).
[10] K. Nakagawa et al., Phys. Rev. B 107, L180405 (2023).
[11] K. Sugi et al., Phys. Rev. B 108, 064434 (2023).
[12] K. Kinjo et al., Phys. Rev. B 107, L060502 (2023).
[13] H. Sakai et al., Phys. Rev. Lett. 130, 196002 (2023).
世話人： 柳澤達也
（tatsuya@cris.hokudai.ac.jp)
北海道大学大学院理学研究院
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「Deep-UV optical studies of two-dimensional materials」
Prof. Hsiang-Lin Liu氏
Nov 06, 2023
日本物理学会北海道支部講演会
講演題目： Deep-UV optical studies of two-dimensional materials
講 師 ： Prof. Hsiang-Lin Liu氏
Department of Physics, National Taiwan Normal University
日時: 2023年11月6日(月) 17:00-18:00
場 所 ： 北海道大学理学部２号館 2-211
要 旨 ：
We present the deep-UV optical studies of two-dimensional materials, including graphene and transition metal dichalcogenides. Our experimental techniques are deep-UV Raman and spectroscopic ellipsometry. First, the Raman intensities from the second-order phonon modes of monolayer graphene and monolayer MoS2 and WS2 are revealed to be decreased or enhanced anomalously by the deep-UV excitation wavelength [1-3]. We demonstrate theoretically that such resonant behavior correlates with the absorption properties and electron-phonon interactions in these materials. Second, the optical absorption spectra of monolayer and bilayer graphene exhibit two broad bands over the UV spectral region. Based on the first-principles calculations, we assign the observed two absorptions to an excitonic transition at the saddle point (M) in the band structures and collective excitations of the surface plasmons [4,5]. These results advance our understanding of the double resonance Raman scattering process, quasiparticle band structures, and collective excitations of two-dimensional materials.
[1] H. L. Liu*, S. Siregar, E. H. Hasdeo, Y. Kumamoto, C. C. Shen, C. C. Cheng, L. J. Li, R. Saito, and S. Kawata, “Deep-ultraviolet Raman scattering studies of monolayer graphene thin films”, Carbon 81, 807-813 (2015).
[2] H. L. Liu*, H. Guo, T. Yang, Z. Zhang, Y. Kumamoto, C. C. Shen, Y. T. Hsu, L. J. Li, R. Saito, and S. Kawata, “Anomalous lattice vibrations of monolayer MoS2 probed by ultraviolet Raman scattering”, Physical Chemistry Chemical Physics 17, 14561-14568 (2015).
[3] H. L. Liu*, T. Yang*, Y. Tatsumi, Y. Zhang, B. Dong, H. Guo, Z. Zhang, Y. Kumamoto, M. Y. Li, L. J. Li, R. Saito, and S. Kawata,“Deep-ultraviolet Raman scattering spectroscopy of monolayer WS2”, Scientific Reports 8, 11398-1~10 (2018).
[4] D. P. Gulo, N. T. Hung, T. J. Yang, G. J. Shu, R. Saito, and H. L. Liu*, “Exploring unusual temperature-dependent optical properties of graphite single crystals by spectroscopic ellipsometry”, Carbon 197, 485-493 (2022).
[5] H. L. Liu*, B. D. Annawati, N. T. Hung, D. P. Gulo, P. Solis-Fernandez, K. Kawahara, H. Ago, and R. Saito, “Interference of excitons and surface plasmons in the optical absorption spectra of monolayer and bilayer graphene”, Physical Review B 107, 165421-1~10 (2023).
世話人： 柳澤達也
（tatsuya@cris.hokudai.ac.jp)
北海道大学大学院理学研究院
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「Band-center metal-insulator transition in bond-disordered graphene」
Soumya Bera氏
Oct 10, 2023
日本物理学会北海道支部講演会
講演題目： Band-center metal-insulator transition in bond-disordered graphene
講 師 ： Soumya Bera氏
インド工科大学ボンベイ校
日時: 2023年10月10日(火) 16:30〜17:30
場 所 ： 工学部 オープンホール
要 旨 ：
We study the transport properties of a tight-binding model of non-interacting fermions with random hopping on the honeycomb lattice. At the particle-hole symmetric chemical potential, the absence of diagonal disorder (random onsite potentials) places the system in the well-studied chiral orthogonal universality class of disordered fermion problems, which are known to exhibit both a critical metallic phase and a dimerization-induced localized phase. Here, our focus is the behavior of the two-terminal conductance and the Lyapunov spectrum in quasi-1D geometry near the dimerization-driven transition from the metallic to the localized phase. For a staggered dimerization pattern on the square and honeycomb lattices, we find that the renormalized localization lengthξ/M (M denotes the width of the sample) and the typical conductance display scaling behavior controlled by a crossover length-scale that diverges with exponent ν≈1.05(5) as the critical point is approached.
世話人： 小布施 秀明
（hideaki.obuse@eng.hokudai.ac.jp)
北海道大学大学院工学研究院応用物理学部門
「超伝導空洞の理論とアクシオン・非線形QED探索」
植木 輝氏
Sep 20, 2023
日本物理学会北海道支部講演会
講演題目： 超伝導空洞の理論とアクシオン・非線形QED探索
講 師 ： 植木 輝氏
ルイジアナ州立大学
日時: 2023年8月28日(月) 16:00-17:00
場 所 ： 北海道大学理学部 2-402
要 旨 ：
ニオブ超伝導空洞は非常に高いQ値（Q 〜 1012）を持つマイクロ波共振器であり、当初考えられていた粒子加速器への応用のみならず、仮想電子・陽電子対を媒介とする光子・光子散乱やダークマター候補であるアクシオンとマイクロ波光子との相互作用、高周波重力波などの希少事象を捉えるための検出器として用いられることが期待されている。しかしながら、現在の高いQ値に至るメカニズムは完全には解明されていない。私たちは不純物効果を記述できる非平衡超伝導理論と、空洞に閉じ込められた電磁場に対するマクスウェル方程式を解くスレーターの方法を組み合わせて、Q値と空洞共振周波数シフトを計算する数値計算手法を開発した[1]。周波数シフトとQ値に関する私たちの結果は、FNALのSRFグループが報告した実験データ[2]と非常によく一致しており、GHz超伝導空洞の10 Hzオーダーの共振周波数の変化を定量的に説明することができた。このレベルの予測理論は、量子センシング・量子プロセッサー用デバイスの性能をさらに向上させるために不可欠である。
近年、2つの共振周波数ω1およびω2の光子を同時にポンプされた超伝導空洞で、周波数ω3 = 2ω1-ω2の信号光子を測定することにより、QEDにおける光子・光子散乱とアクシオンを検出する方法が提案された[3]。超伝導空洞の検出器としての動作に不可欠なのは、マイスナー電流によって、3つの共振周波数を持つ空洞内の電磁場を閉じ込めることである。私たちはマイスナー電流における電磁場の関数としての非線形性[4]を利用して、アクシオン場の信号光子を分離する方法を示し、オイラーとハイゼンベルグの仮想電子・陽電子ペアによる光子・光子散乱の予測[5]の新しい検証を行う。
[1] H. Ueki, M. Zarea, and J. A. Sauls, arXiv:2207.14236.
[2] D. Bafia et al., arXiv:2103.10601.
[3] Z. Bogorad et al., Phys. Rev. Lett. 123, 021801 (2019).
[4] J. A. Sauls, Prog. Theor. Exp. Phys. 2022, 033I03 (2022).
[5] W. Heisenberg and H. Euler, Z. Phys. 98, 714 (1936).
世話人： 北 孝文
（kita@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学大学院理学研究院物理学部門
「Selected Two-Fluid Effects in Soft Condensed Matter」
Helmut R. Brand氏
Sep 20, 2023
日本物理学会北海道支部講演会
講演題目： Selected Two-Fluid Effects in Soft Condensed Matter
講 師 ： Helmut R. Brand氏
バイロイト大学
日時: 2023年9月20日(水) 16:00-17:00
場 所 ： 北海道大学理学部 2-402
要 旨 ：
Key question addressed in this seminar: importance of two-fluid effects on macroscopic and mesoscopic scales in complex fluids. Topics of central importance are immiscibility and velocity differences. Two-fluid hydrodynamics can be applied to materials with two subsystems, which can move relative to each other. The additional macroscopic variables always include the concentration of one component and the relative velocity. The three specific systems covered here are:
1) Smectic clusters in nematic phases: breakdown of flow alignment and sign change of the anisotropy of electric conductivity [1].
2) Clusters above the glass transition in polymer and low molecular weight materials [2].
3) Magnetorheological fluids (MRFs): onset of column formation in magnetic fields [3].
[1] H.R. Brand and H. Pleiner, Phys. Rev. E 103, 012705 (2021).
[2] H. Pleiner and H.R. Brand, Rheol. Acta 60, 675 (2021).
[3] H. Pleiner, D. Svensek, T. Potisk, and H.R. Brand, Phys. Rev. E 101, 032601 (2020).
世話人： 北 孝文
（kita@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学大学院理学研究院物理学部門
