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[NRIMNews1997-03.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/9f1ab37c-890c-43fa-8fa2-db4fe23161c0/download)

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武藤 英一

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[金材技研ニュース 1997 No.3](https://mdr.nims.go.jp/datasets/0aea0136-6ca8-4d13-94ad-82b0128c4f60)

## Fulltext

金属技研ニュース　1997　No.3七〇一一ゼEΦo一｝o⊂蜆E0－oO］一〇〇〇一〇〕0＝あ○餉oo一］o－E0－ooo］101E0f000蜆o〇一一〇〇一〇一蜆○蜆眈Eo．ゼ≧里三…oo…Z－o○蜆］0f←1一■1▼1▲　言　　　　　　　　　　　□■　　　　　　　▼　　　1「複合フェルミオン研究に強磁場利用■強磁場マグネット利用の新展開■超微細加工した磁性体の微小磁化の観劉二成功強磁場を用いた半導体中2次元電子系の研究一複合フェルミオンの安定性示唆一　近年、高温超伝導体を中心とした電子間相互作用の強い電子系が注目を集めている。半導体中に形成される2次元電子系では、強磁場下で電子の波動関数が収縮することによって電子相関が強くなり、低温で多くの奇妙な性質を示すことが知られている。このうちの一つに分数量子ホール効果と呼ばれる現象がある。最近の理論的研究によると、分数量子ホール効果は、電子と磁束量子2本が一組になったものを一つのフェルミ粒子とみなすことによって説明される現象である。しかし、この新しい一粒子、複合フェルミオンが単なる概念的な存在なのか現実に安定な粒子なのか、また、その有効質量や輸送現象に対する特性等の不明な点も多く、現在解明が進められている。　当研究所では、電流によって量子ホール効果状態が破壊されるブレークダウン現象を分数量子ホール効果状態で初めて見出し、この時の臨界電場の磁場に対する依存性を研究している。図に示したのは、ブレークダウン現象の生じる臨界電場E、、をいくつかの整数および分数量子ホール効果状態下で測定した結果をまとめたものである。」電子状態として理解されている整数量子ホール効果状態では、臨界電場はほぽ磁場に比例している。一方、分数量子ホール効果では、ランダウ準位に電子の詰まっている割合（フィリングファクタ1≡2π肋、、1。はサイクロトロン半径、η，は二次元電子密度）が1／2になる磁場B、＝、ρからの磁場のずれ、l　B－B、，．’コ1、に対して臨界電場が比例している。複合フェルミオンは、もともと磁束量子を持っているために外部から印加した磁場が相殺され有効磁場がソ＝1／2で零になることが知られている。上記の測定結果は、複合フェルミオン理論によってブレークダウン現象が定性的によく説明されることを示している・量子ホール効果のブレークダウン現象自体は、整数量子ホール効果での研究からホットエレクトロン現象であることが知られており、以上の実験事実は複合フェルミオンが有効温度の高い状態でも安定に存在する粒子であることを示唆している。　定量的には、臨界電場の値は磁場中でフェルミエネルギー近傍に生じるエネルギーギャップの大きさに比例するものと考えられる。複合フェルミオンの有効質量は、電子に比べて1o倍程度大きなものであることが分っており、分数量子ホール効果での臨界電場の値は整数量子ホール効果状態に比べて10分のユ程度に小さくならなければならない。しかし、測定結果はこれと大きく矛盾する。この矛盾に対する明確な回答はまだ得られていないが、複合フェルミオン状態から励起される準粒子が分数電荷（e／3）を持つことに由来しているのではないかと考えている。当研究所では、今後、複合フェルミオンの輸送特性を明らかにすることを目標にしたより詳細な研究を計画している。冒ミ＞口韓碑昧瞳150　　　　　　O】0203040　　　　　　　　　　磁　　　場B（T）図：電子密度n・、電子易動度の異なる3つの試料における　　ブレークダウン現象を示す臨界電場の磁場依存性。実線　　および点線は電予と複合フェルミオンの有効磁場に比例　　した直線を表している。1 50 Sample #1 lOO e," 50 e e:1. o , Sample #2 l OO 50 t d¥ o Sample #3 , li ll~ = 2.4XIO ~I11~ 150 o t] n$ = 2,~XIO em~ 1 OO 50 ,~ d'.･. , o 強磁場マグネット利用の新展開一複合極限場下の電子状態観測に成功一　当研究所では科学技術庁趨伝導マルチコアプロジェクト第玉期（昭稲63隼一平成6年）において、世界最高性能を有する各種の強磁場マグネットを完成した。種々の研究分野においてこれらを利用した研究が開始されている。マグネットの利用に際しては磁場とともに、淑度、圧力などの他の熱力学的なパラメーターを広範囲に変化できると、多くの有用な応用が可能となる。特に磁場を含め温度、圧力などの種々の環境を同時に極隈化（複合極隈場）することによって、物質・材料特性の隠された側面を明らかにすることができる。しかしながら、強磁場を発生できる空閲は隈られており、この空閥に、極低侃、高圧などの極限場を同時に発生させることはたいへん嗣難である。現在、マルチコアプロジェクト錦2期の研究の…環として、強磁場マグネットに適応した低温、商圧などの発生システムの開発・整備を進めている。最近、強磁場、極低撮、高圧を剛寺に発生しながら、希土類化合物CeSbなどからの量子振動の観測に成功し、これらの物質の電子状態が加える圧力とともに変化する様子を明らかにすることができた。　CeSもなどの一群の希土類化含物は強い電子梢関を有する物質とも1呼ばれ、種々の興1味ある電気、磁気的な性質を示し、近年大きな関心を持たれてきた物質群である。これらの性質は希土類化禽物のf電子に自自来し、f電子同士の梢互作朋、f電子と他の電子との梱互作用の程度により惟質が変化すると考えられている。試料に圧力を印加すると原子聞距離も変わり、上言己の相互作用の程度も敏感に変化し、特性も大きく変化する。加える圧力を変えながら、剛寺に物質の特性を根底で支配する電予状態の変化を鰯測することができれば、物質の特性を発現する機構の解明に大きな賛献ができる。なかでも量子振動現象は、電気伝導、超伝導などの金属の種々の有用な特性を支配するエネルギーの最も高い電子状態、すなわちフユルミ面を旗接調べることができる手殿であり、これら物質の高圧下での量子振動の観測は重要な課題であった。　図1は6．5kbarの高圧をCeSbの試料に加えた状態で観測した量子振動の信号である・強磁場に交流磁場を璽畳する磁場変調法と呼ばれる方法で測定した。これらの物質からの量子振動の観測には純良な試料、強磁場とともに極低濫が不可欠であるが、磁場変調法を用いると、試料に圧力を加えるための金属セルが発熱するため、極低淑と商圧の共存は困難であると考えられてきた。今回、検出法の工夫により高圧、極低温を共存した状態において量子振動の信号の検幽に成功した。この信号の解析からフェルミ面の大きさを調べることが出来る。図0にフェルミ面の大きさの圧力に対する変化を示す。αとγで示したのは電子のフェルミ蘭、β、，β。，βヨ，β一はホールのフェルミ櫛を示す。圧力変化は通常の金属に上ピベて一行近く大きいと同時に、通常の金属には見られない特異な変化をする。すなわち、電子のフェルミ面が圧力とともに増大するのに対して、ホールのフェルミ櫛はβ一以外は、減少することである。この特定のホールのフェルミ繭においてはp電子とf電子の相互作用が強く、圧力を加えていくと、さらにこの相互作用が強まると考えると、図2のフェルミ面の圧力変化をきれいに説酬できる。この特異な相互作用はCeSbの特性を支配する重要な機構と考えられる。このように電子状態の圧力変化の解明によって、物質、材料の特性を支配する機構をあらわにすることが出来る。現在、種々の物質において圧力下での電子状態の研究が進められている。　なお、CeSbに関する研究は東北大学理学部鈴木研究室との共同研究である。　　　　0．159乏0．！0雪虫苔」｝0．05熟Q’憎〃〆ムヘ0．00H卜一0．05＼㌧↓ら　　　　　　＼い　　　　7891011至213　　　　　　　　磁　　場（T）図1　6．5kbarの高圧を加えた状態でのCeSbの量予振動　　　　　　　01234567　　　　　　　　　　圧力（kbar）図2　各フェルミ醐の大きさの圧力変化、P（0）：常圧下の値、　　△F＝F（P）一F（O）：変化分電子線リソグラフィーによる超微細構造磁性体一エレクトロニクスのブレークスルー「スピニクス」　一　現在の大容量通信や高度情報処理を可能にしたエレクトロニクスの鍵となった技術の一つは高品位シリコン半導体の微細加工技術である。一方、半導体と並んでエレクトロニクス分野を支えている重要な材料は主として情報の記録と読み出しを受け持つ磁性体である。今まで、磁性体は薄膜やバルクの形で使われており、磁性体そのものに微細加工を行うことは、あまり考えられていなかった。しかしながら、磁性体の微細加工は、半導体のそれと比べると困難であるが、後に述べるように、今後のエレクトロニクス全体に革新的な飛躍をもたらす技術であることが、最近世界的に理解されるようになってきた。　当研究所は、数年前、世界に先駆けて、先進的な電子線リソグラフィー技術を用いて磁性体のナノスケールの超微細加工の研究を開始した。以来、磁性材料用の電子線描画法、独創的なドライエッチング法（金材技研ニュース1995年No．7）など微細加工のための一連のプロセス技術を開発し、また、その技術で作製した微細構造磁性体で光の速さの約100分のユの速さで伝搬する磁気波を見出すなど、先導的な研究を行ってきた。この程、微粒子状の磁性体を整然と格子状に並べた磁性体微粒子格子において、磁性体が磁化していく様子を直接観察することに成功した。この観察は微小な磁性体の針を対象物の表面に原子的距離に近づけて走査する磁気力顕微鏡法により行った。　写真1は超微細加工法で、鉄一ニッケル合金膜を同じ形と大きさをもった25万個の微細領域に分割して作製した微粒子が整然と並んだ微粒子格子において、それが磁化していない状態の一部分を磁気力顕微鏡で6000磁化状態が保存されている。永久磁石や磁気ディスクなどの磁性体は単磁区粒子の集合体であるが、乱雑な集合体であるため、複数の単磁区粒子が不規則に結合したクラスターが磁化の最小単位になっている。今回の実験結果は、規則正しく配列した微粒子格子では単磁区粒子の一個一個を磁化の最小単位とすることができることを意味している。すなわち、磁気ディスクに単磁区微粒子の配列格子を応用すると、情報の一ビットを」個の微粒子に記録することができるので、直径3．5インチの磁気ディスクー枚に600ギガビットの記録ができることになる。単磁区微粒子格子記録方式は高密度磁気記録の壁を越えるための最も期待できる方法の一つであ乱　電子は電荷と同時にスピンをもっている。磁性体をナノスケールで微細加工し、素子を形成し、電流を流すと、磁性体の量子効果により、電子電荷と同時に電子スピンの運動も制御できるようになる。このような磁性体の素子は今までの電荷の流れのみを利用した半導体素子と異なり、記憶作用があり、かつ高速である。磁性体を用いて、電荷とスピンの流れを同時に制御する技術はスピニクスと呼ばれ、スピニクスは今世紀大いに発展した半導体を中心とするエレクトロニクスの来世紀のブレークスルーになるものと期待されている・　当研究所では現在特別研究として磁性体の超微細加工とスピニクスの研究を行っているが、この研究で最近得られた成果は、来る3月28日から名古屋市で開催される日本物理学会のシンポジウム講演で発表される。倍に拡大して示したものである。写真上で横方向に細長い形をした粒子の両端が白と黒に見えるのは、粒子のS極とN極を表しており、粒子が一個の磁石であることを表している。この状態は粒子が極端に小さいときに現れ、このような粒子は単磁区粒子と呼ばれている。写真1は一個一個の粒子の磁化の向きが乱雑で、隣どうしの磁化が打ち消し合い、したがって格子全体として磁化が現れない状態を示している。一方、写真2は微粒子格子をいったん磁化した後の状態（残留磁化）を磁気カ顕微鏡で見たものである。写真ではすべての粒子は磁極の向きがそろっており、その結果、格子全体として一方向の写真1 電子線リソグラフィーで作製した鉄一ニッケル合金微粒子の配列格子の非磁化状態の磁気力顕微鏡写真、倍率は6000倍。写真2　写真！と同じ微粒子配列　　　格子の残留磁化状態の磁　　　気力顕微鏡写真。海外での研究発表 （1997年1　3月分）1997E欧opean　Win言er　Coηference　on　P1asmaSp㏄trochemis言ry（ユ月ユ21ヨ～171ヨ，ベルギー・ゲント）ユ）S童udies　on　the　Ion　Foすma芝ion　in　GDMS　Ion　Sou…℃es、　　　伊藤真二，長谷川良佑2）Axia1Iy－viewed　Horizont盆HCP－AES　by　the　Use　ofa　Lo靱g　Torch．　　　長谷川良怖，中村佳右，高橘．目．征3）Ev＆luation　of　T1me一ζesolved　ETV／Axia1ly　Viewed　ICP一畑S　Us111g　Ec1ユelle　Spectrometer　w1th　Wavel㎝gt養Moωat量on　　　Second－Derivadve　Detection．　　　申村佳右，高橋且征，鯨井　脩，大河内春乃Symposium　on　L◎calized　C◎汀osion　and巨nvironmen樹Cracking（1月22冒～24日，インド・カルパッカム）ユ）Effect　ofCrevice㎝Low　Cycle　Fatigue　Behavior　ofP1．essure　Vessel　S童eel　in　High　Temperature　Press嗜rized　Water．　　　片田康行，f左藤俊司1n言ematIonal　Con言erence　on　Sup鎌p1astlc1言y■n　Advarlced　Materlais　（ユ月29日～3ユEi，インド　ハンカローレ）ユ）Cavitation　D刮mage　Mechanisms　i蕎a　Supe巾asまic　Zircon｛註（3Y－TZP）．　　　平賀啓二郎，1二1二1野恵司1997TMS　Annual　Meetirlg（2月8臼～！3El，アメリカ・オーランド）1）Process　Opti棚iz齪tion　of　Hi曲Strength，H…gh　Elec言rical…y　Conductive　Cu－Cr　in－situ　Composi芝e一　　　鈴木洋夫，安達和彦，坪州純之，竹内。孝夫2）The　Characteris亡ics　of　Electすica茎Conduct…vity　and　Precipi燃ion　of　Cr　by　Aging　i邊Cu－Cr　in－si芝u　Composite．　　　鈴木洋夫，金延3）Sol1dif…cation　Processing　for　the　Prod雌ct｛on　ofFine　Grain　A1uminum　Al1oy　Materials．　　　佐藤　彰，荒金吾郎，大沢朝沼，高森　晋4）Bi－22至2／Ag　HTSC　Magneまs　for　High　Pield　Generation一　　　北口　仁，熊倉浩明，戸口’ト．正，木吉　司，丼上　廉，閥田・道哉（日立），肝1］和英（1ヨ立），佐藤淳一（1ヨ立電線）lnt敏natlonalSymposlumon榊enlumandRhenlumA11oys（2月91ヨ～ユ3日，米国　オーラント）ユ）Structures　and　Propert…es　of　Mo1ybde邊um－Rhenium　A…loys．　　　森藤文雄5th　ln言e芋national　Con言erence◎n　Materials　aI1d　Mec11aI1isms　of　Supercorlductivi言y一川gh　Tempera加reSupe芋conductors（M2S－HTSCV）（2月28日～3月41ヨ，中国一北京）1）Pressure　Effect　on　Tc　i烈RBa，Cu，O害（R＝Sm，E盲，Ro，Gd）Superconducto湘．　　　唐捷，松下明行，松本武彦，岡田勇一（名酋屋大），山田　裕（名古屋大），堀井　滋（名古屋大），小阪孝行（筑波　　　大）2）He銚Capacity　Measuremenセon　Si羽gle　Cl．ystaHine　YNi．BコC　Grown　by刊o齪ti口g　Zone　Method。　　　竹屋浩幸，宮本　悟，山田　圭，野々瀬菜穂子（物質研），門脇和錫（筑波大）3）Effect　of　Oxygen　Parti盆1Pres眺re　on　Grain　Boundaries　i嚢Bi－22至2／Ag　Tapes、　　　藤井宏樹，北口　仁，熊倉浩明，戸P’ト正4）SimB茎ation　fo“he　F｛rst－Orδer　Vortex－Lattice　Melting　Trms1tion　in　High－Tc　S岬erconducto11s．　　　胡暁，立木　漫1（東北大）2ndlnt．Coηf．◎nShapeMemoryandSupe爬1astic花ch訂ologies（3月2Eト61ヨ，米国・モンテレー）ユ）A　New　Stre㎎t姦en｛ng　Method　ofSputter－deposited　T1－N｛Sh劃pe　Memol．y　Films一　　　梶原節夫，菊池武不児，小」ll一行，松永　健（筑波大），富崎修一（筑波大）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　一　4　一1耐emational　Workshop　on　C漱ica1Currents　iηSup叡c◎nductors｛◎げ胞cticεl　App1ication，SPA197（3月6日～81ヨ，中国・爾安）ユ）n－Value　for　Bi－2212／Ag　Mult…1ayer　Tape　Prepared　by　Using　Conξinuous　HeaξTすeated　Process．　　　北口　仁，熊禽浩明，戸口・・卜一11］三，長谷川隆代（昭和電線），引地康維（昭和電線）2）Ano榊alous　Current　l）｛sξr…but三〇n　i螂Tr棚sfer　Region　for　B｛一2212／Ag　Due　to　HaH　Bffect．　　　北口　仁，熊禽浩明，戸叶一正An1ericanPhysicalSocie言y（3月！7日～2ユ日，米国・カンザスシテイ）1）For柵ation　Mech棚ism　and　The王mal　Stability　ofHydroge珊Molecules　i邊Cryst釧ine　Si至icon．　　　石嗣邦江，lllコ村一隆，北島正弘、，深田直樹（筑波大），村上浩一（筑波大）2）NMR　Study　oξa　Si！｝gle　L刮yered　Hi餉一Tc　Cuprate　Oxide　B｛、Sr，CuO、．　　　後藤　敦，溝水　禎，脊木晴善，カロ藤将樹（京榔大），吉村一良（京都大），小菅踏二（京都大）MRS1997春季大会（3月3閉～4月4E1，米国・サンフランシスコ）ユ）Use　ofa　Moδified　Bias　Sp汕ering　Tech軸ue　to　Fabri㎝te　In－p1刮ne　Textured　Buffer　Laye王s　for　YBCO　Fi至0B　Growtわ．　　　福富勝夫，斉藤正和（ミッバ（株）），小森和範，同］十一．正4月の研究発表（国内分）学・協会名 開催期間 発　　表　　題　　1≡1 発表者（所属）溶接学会平成9年度春季全 4．9～4．l1 ユ．皮膜形成過程 熟王曜治国大会 （組織制御研究部）（東京：国立教育会館）2．溶射皮膜の残留応力発生過程の測定とモ 黒田聖治デリング （組織制御研究部）他第4圓核融合1］二学国際シン 4．6～4．1l ！．Heli訂m　Embrit隻1ement　of　Ti　and　P　A碗ed 山本徳和ポジウム Austeniξic　Alloys　Crep童at923K （箪2研究グループ）他（東京：明治記念館）◇◇特許速報令⑧出　　願発　　明　　の　　名　　称 出願日 出願番号 発明者氏名，二・’高プロトン伝導性アンチモン酸膜とその製造 9．1．22 09－009546 小澤清，．目義雄，打越哲郎，天野宗幸方法セラミックスチューブの製造方法 9．至．22 09－009547 海江蘭義也電話番号変更のお知らせ平成9隼3月3臼（月）午前7時から、当研究所の電語番号が下記の通り変更となりましたのでお知らせいたします。総合案内（0298）59－2000所　　長研究総務官管理部長秘書室企画室長企測室管理部　庶務諜会許課安全施設課研究支援課図書室物性解析研究部　　部　長機能特性研究部　　部　長計算材料研究部　　部　長力学特性研究部　　部　長反応制御研究部　　部　長組織制御研究部　　部　長損傷機構研究部　　部　長FAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAX59－200ユ59－200359－200559－200659－200859－203059－203359－204959－201259－202959－206359－207859－207959－208459－209259－205259－205959－205359－205959－280059－280359－280159－260059－260259－260玉59－250059－2！0259－250159－250059－250259－250ユ59－240059－240259－240ユ59－2ユO059－210359－2！0玉59－230059－230259－2301環境性能研究部　　部長第1研究グループ　　総含研究官第2研究グトプ　　総含研究官箔3研究グトプ　　総合研究官第4研究グループ　　総合研究官第5研究グループ　　総合研究官特別研究官（大河内）特別研究官（ホフマン）生イ本オオ非手肩研＝ラをチームエコマテ1jアル石瑞＝多モチーム極隈場研究センター　総含案内　センター一長業務室弓童石………1±易ステーション　　総合研究官精密励起場ステーション　　総合研究官極高真空場ステーション　　総合研究官FAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAXFAX59－220059－220259－220ユ59－230059－230359－230ユ59－2ユO059－2ユ0259－2ユ0159－270059－270259－270159－260059－50ユ959－260玉59－2遠O059－240359－2確0！59－220359－220ユ59－280259－280ユ59－240059－240ユ59－260059－260ユ59－500059－502059－502359－500！59－50ユ059－502！59－502459－502359－502659－502559－502759－502659－502859－5027材料試一験事務所（変更無し）　　　　　　　　　　　　　（03）37玉9－227ユ　　　　　　　　　　　　FAX　3719－2177発行 所　科学技術庁金属材料技術研究所　　予305茨城県つくば市千現ユー2一玉　　　TEL（0298）59－2045（企爾室腹通），　　　FAX（0298）59－2049通巻第460号編集兼発行人問含せ先印　刷　　所　　　　『zj戎9圭F3」ヨ雪壱イ予　　　　　武藤　英　一　　　　　　企磁室普及係葡　11□　印　刷　株式会社茨城県つくば市東新井至4－3