ポータブル装置による世界最強110テスラ磁場発生とX線実験に成功

2025-10-29 電気通信大学

電気通信大学の池田暁彦准教授と理化学研究所の久保田雄也研究員らは、ポータブル装置「PINK-02」により地磁気の約200万倍となる世界最強110テスラの磁場発生と、X線自由電子レーザー(XFEL)による実験に成功した。装置は自動車程度の重量(約1.1トン)で可搬型。SACLA施設に設置して行った実験では、固体酸素が110テスラ下で異方的に約1%の巨大磁歪を示すことを観測し、磁性体におけるスピンと結晶構造の異方的結合を原子レベルで初めて実証した。これは従来の最高値77テスラを大幅に上回る成果であり、成果論文は『Physical Review Letters』誌に掲載、Editors’ Suggestionに選出された。今後は120テスラ領域で新たな結晶相(θ相)の探索を進め、極限磁場下での新物質・新現象の発見に挑む計画。

ポータブル装置による世界最強110テスラ磁場発生とX線実験に成功

図1:ポータブル110テスラ発生装置PINK-02の概要とXFEL施設SACLAでの破壊型パルス磁場実験の様子

<関連情報>

X線自由電子レーザーによる巨大異方性磁歪の観測−O2110テスラで X-Ray Free-Electron Laser Observation of Giant and Anisotropic Magnetostriction in −O2 at 110 Tesla

Akihiko Ikeda, Yuya Kubota, Yuto Ishii, Xuguang Zhou, Shiyue Peng, Hiroaki Hayashi, Yasuhiro H. Matsuda, Kosuke Noda, Tomoya Tanaka et al.
Physical Review Letters  Published: 28 October, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/r7br-qnrn

Abstract

In strong magnetic fields beyond 100 T, the significant Zeeman energy competes with the lattice interactions, where a considerable magnetostriction is expected. However, the microscopic observation of the magnetostriction above 100 T has been hindered due to the short pulse duration of microseconds and the coil’s destruction. Here, we report the observation of the giant and anisotropic magnetostriction of ∼1% at 110 T in the spin-controlled crystal −O2 by combining the single-shot diffraction of an x-ray free-electron laser (XFEL) and the newly developed portable 100 T generator (PINK-02). The soft and anisotropic response of −O2 should originate in the competing van der Waals force and exchange interaction and also the frustration of spin and lattice on the triangular network. The XFEL experiment above 100 T using PINK-02 enables microscopic investigations on materials’ properties at high magnetic fields, providing insights into how spins contribute to the stability of crystal structures.

1700応用理学一般
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