完成世界上最强的便携式磁场发生器，用77特斯拉成功进行了量子束实验

Wsz6868 2022-04-19

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新闻发布令和4年4月18日各位新闻机构国立大学法人电气通信大学国立研究开发法人理化学研究所公益财团法人高亮度光科学研究中心完成世界上最强的便携式磁场发生器，用77特斯拉成功进行了量子束实验【重点】 *完成世界上最强便携式脉冲强磁场发生装置 *77特斯拉成功观测到物质的晶体结构变化【概要】电信大学研究生院信息理工学研究科的池田晓彦助教与东京大学物性研究所松田康弘教授等人共同完成了便携式超强磁场发生器PINK-01[1]。 PINK-01是便携式的，因此可用于量子光束设施中的实验。池田晓彦助教等人将PINK-01带入x射线自由电子激光设施SACLA[2]，与理化研究所辐射光科学研究中心基础科学特别研究员久保田雄也、高亮度光科学研究中心主干研究员犬伏雄一等人共同成功地在世界最高超强磁场77特斯拉[3]中对物质晶体结构变化进行了微观观察。期待今后，对各种物质中的结晶状态的磁场效果的阐明会有所进展。【背景】人们认为在极强的磁场中，物质会产生新的电子磁结晶状态，世界范围内的研究非常盛行。过去，要产生100特斯拉级的非常强的磁场，需要大型设施，只能在世界有限的设施中使用。利用先进的量子束，可以进行超强磁场中物质的微观电子磁结晶状态观测。但是，这些设施也同样大型，而且与强磁场设施不并行，因此在超强磁场中的微观观察一直很困难。【手法】这次，以池田助教为中心的研究小组完成了小型脉冲超强磁场发生装置PINK-01。 PINK-01的总重量低于1吨，因此具备可移动性，可产生接近100特斯拉的77特斯拉超强磁场。这是远远超过传统便携式磁场发生装置最高磁场40特斯拉的磁场值，PINK-01是目前世界上最强的便携式磁场发生装置。 PINK-01与以往的单匝线圈法装置相比，通过将电容能量缩小到1/100左右，将单匝线圈的直径缩小到1/10左右，实现了便携性。【成果】池田助教等将PINK-01搬入x射线自由电子激光设施SACLA，与理化研究所放射光科学研究中心的久保田基础科学特别研究员等、高亮度光科学研究中心的犬伏主干研究员等协作，通过输入，进行了利用x射线激光束的x射线实验(图1 )。在这个实验中，77特斯拉超强磁场发生瞬间的物质的x射线衍射实验成功了(图2 )。在实际施加磁场之前和施加磁场的过程中，发现了结晶状态发生了很大的变化。由此，我们率先成功地微观观察了物质在77特斯拉超强磁场下的晶体结构变化(图3 )。 100特斯拉级超强磁场的持续时间为百万分之一秒左右，需要在短时间内获取数据。 SACLA的x射线激光具有可以在比其短得多的100兆分之一秒内进行x射线衍射实验的特征，此次实验通过将PINK-01与SACLA结合，首次实现。

今后的期待由于PINK-01的成果，可以携带接近100特斯拉的超强磁场。另外，这次实验表明，物质科学的基本方法——x射线衍射实验在超强磁场条件下是可行的。迄今为止，在100特斯拉中，很多物质预计会因磁场而引起结晶状态变化。期待今后这些会一下子被弄清楚。此外，通过使用PINK-01，不仅可以推进x射线的研究，还可以推进迄今为止不可能实现的太赫兹和脉冲激光等单射探针与超强磁场的组合研究。因此，今后超强磁场的物质科学的研究手段有望增加。据此，可以认为以日本为中心，强磁场方面的物质科学将有很大的进展。(论文信息) “gene rating 77 t using a portable pulse magnet for single-shot quantum beam experiments”a.Ikeda，Y. H. Matsuda，X. Zhou，s.s T. Yajima，Y. Kubota，I. Inoue，Y.Inubushi，K. Tono，m.yabashiapplied physics letters 120，142403 ( 2022 ) DOI: 10.1063/5.0088134 (外部资金信息) 东电纪念财团研究资助(基础研究) 18-001 文部科学省卓越研究员事业JPMXS0320210021 科研经费挑战性开拓20K20521 (术语说明) [1] pink-01 :可移植智能钥匙jiba的缩写。 01意味着1号机。 [2] SACLA :由理化研究所和高亮度光科学研究中心共同建设的日本首座XFEL设施。 2011年3月完成，取spring-8 angstrom compact free electron laser首字母命名为SACLA。 2011年6月振荡了最初的x射线激光，2012年3月开始共用运转，开始了利用实验。尽管大小比其他国家的同样设施紧凑几分之一，但具有1埃( 100亿分之一米)以下的世界最短波长的激光生成能力。[3]特斯拉: 1特斯拉的磁场强度约为地磁的2万倍。