(57)【要約】【課題】  熱交換ガスによって温度制御する場合の低温での困難さと、ガス分子の衝突による試料の振動や感度の低下を回避でき、また共振周波数の変化による測定値の変化を最小にできる交番勾配磁気力磁化測定装置を提供する。【解決手段】  試料の温度制御を、周りのガスとの熱交換によって行う代わりに、固体熱伝導によって行う。また、試料の振動モードを、振動勾配磁場の位相から９０度位相がずれた共振モードではなく、同相あるいは逆相モードに設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流磁場に重畳された交番勾配磁場の中に置かれた磁性体試料にはたらく交番磁気力を、
ピエゾ素子を用いて交番電圧に変換し、該交番電圧を磁化に変換することで該磁性体試料の磁化を測定する装置であって、
該磁性体試料の温度を温度制御部からの固体熱伝導によって制御することを特徴とする磁化測定装置。
【請求項２】
前記交番勾配磁場発生部と前記ピエゾ素子とを、前記直流磁場が及ぶ空間内に配置したことを特徴とする請求項１に記載の磁化測定装置。
【請求項３】
前記磁性体試料の振動位相が、
前記交番勾配磁場と同相、あるいは逆相となる周波数で該磁性体試料を振動させることを特徴とする請求項１〜請求項２に記載の磁化測定装置。
【請求項４】
前記交番勾配磁場発生部から前記ピエゾ素子までの間に介在する構造体および支持体の接続部分に、
少なくとも１個の緩衝材を挿入したことを特徴とする請求項１〜請求項３に記載の磁化測定装置。
【請求項５】
磁化の温度依存性および磁場依存性が判っている磁性体試料を用いて、
前記磁化測定装置の温度依存性および磁場依存性を予め測定しておき、
前記磁性体試料の磁化測定結果を補正するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項４に記載の磁化測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換ガスが凝縮するような極低温領域でも、試料の温度を任意に制御可能な直流磁化測定装置ＡＧＦＭに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁化とは磁性体に外部磁場をかけたときに、その磁性体が磁気的に分極して磁石となる現象のことである。また、磁性体の磁化の程度を表す物理量も磁化と呼ばれる。本書では、特に断らない限り、磁化の程度を表す物理量を磁化と表現する。
【０００３】
磁性体を利用した工業製品は多数あり、磁性物質の磁化を測定することは材料開発において重要な要素である。磁化は、一般に温度の関数であり、温度を変化させて磁化を測定することにより多くの情報が得られるため、磁化測定装置は温度を下げて制御できるクライオスタットと組み合わされて使用されることが多い。温度を下げるには液体ヘリウムや液体窒素が用いられる。最近では、これらの寒剤に代って、ＧＭ冷凍機やパルスチューブ冷凍機などの機械式冷凍機が用いられることもある。
【０００４】
磁化測定法の原理は、大きく２つに分けられる。１つは直流磁化の測定であり、もう１つは交流磁化の測定である。直流磁化の測定法としては、次のような２つの典型的なものがある。（１）ピックアップコイルの中で磁性体試料を振動させ、ピックアップコイルに発生する誘導起電力から磁化を求めるもの。（２）ピックアップコイルの中を試料を比較的ゆっくりと通過させたときに発生した誘導起電力を、超伝導量子干渉装置（ＳＱＵＩＤ）を用いて測定し磁化を求めるもの。これらは、測定中に磁場が変動しないので直流磁化が測定される。一方、交流磁化の測定は、交流電流を流したコイルの中に磁性体試料を入れておき、コイルのインダクタンスの変化から磁化の変化を測定する方法である。これは測定中に試料に交流磁場が印加されるため交流磁化測定であり、測定された磁化は複素数になる。直流磁化と交流磁化のどちらを測定するかについては、試料や測定目的に応じて選択される。
【０００５】
交流磁化測定装置は、前述のように試料が移動しないため、試料に繋がった固体材料を通してヒーターからの熱伝導により温度制御が可能である。それに対し、直流磁化測定装置は、前述のように試料が振動あるいは移動する構造であるため、試料に固体材料を繋いでそれを通して温度制御することが不可能である。そのため、実際の温度制御は、試料の周りに微小圧力の熱交換ガスを導入しガスの温度制御を通して行われる。
【０００６】
直流磁化を温度を変化させながら測定するにはガスの雰囲気が必要であるが、室温から１．５Ｋ程度の極低温まではヘリウムガスが利用される。それは、ヘリウムが不活性ガスなので試料と化学反応しないのと、低温まで凝縮しない唯一のガスであるからである。しかし、ヘリウムガスを使っても１．５Ｋ程度以下になると、ガスの密度が極めて小さくなるため温度制御はほとんど不可能になる。すなわち１．５Ｋ以下の温度では、熱伝導による温度制御しか利用できないため、直流磁化は測定できないのが現状である。基礎物理学の研究においては、直流磁化の測定が、希釈冷凍機が作り出すおよそ１０ｍＫ〜１Ｋの温度領域でも要求されることがあるが、現状では不可能である。
【０００７】
磁性体試料の磁化を測定しながら極低温でも温度制御を行うには、試料が振動や移動しない測定法が必要である。これまでに試料が移動しない方法として、非特許文献１のような交番勾配磁場による磁化測定装置が提案されている。この装置は、直流磁場の中で、弱い磁場の勾配が時間的に振動するように設定されている。磁性体試料は、バイモルフと呼ばれるピエゾ素子に繋がった棒の先端に取り付けられており、振動勾配磁場の中心に来るように設定されている。磁場勾配が振動することにより、試料は同じ周波数で振動する力を受ける。この力がピエゾ素子に曲げ応力を誘起し、磁化の大きさに比例した電圧を発生させる。このときの試料の振動の振幅は１μｍ以下なので、マクロスケールではほとんど動いていないと見なせる。この装置を、磁化の知れたサンプルを用いて一度校正すれば磁化測定装置として利用できる。このような装置は、Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒの頭文字を用いて略し、ＡＧＦＭと呼ばれている。本書内でも、同様な原理による磁化測定装置をＡＧＦＭと呼ぶ。
【０００８】
これまでのＡＧＦＭは、測定温度領域が室温から非特許文献２のように液体窒素温度７７Ｋ程度までのものや非特許文献３及び４のように室温から１．５Ｋの低温までの範囲である。また、感度を上げるために、交番勾配磁場の周波数はピエゾ素子も含めた棒の力学的共振周波数に一致するように設定されている。このように試料を低温にすることができるものもあるが、わずかな温度変化や磁場変化で共振点がピークからずれ感度が不安定になるという理由から、ピエゾ素子は磁場空間外の室温部に置きそれに繋がった長い棒の先に試料を付けて磁場空間内の低温部に配置されている。温度制御は、雰囲気ガスの温度を変化させることによって行われている。
【０００９】
直流磁化が測定できるＡＧＦＭでも温度制御は熱交換ガスで行っているため、前述のようにガス密度が極端に小さくなる１Ｋ以下の温度では使えない。それに加え、ガス流によって発生する試料の振動や、ガスの力学的抵抗により共振のＱ値が小さくなるなどの問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｗ．  Ｒｏｏｓ，  Ｋ．Ａ．  Ｈｅｍｐｅｌ，  Ｃ．  Ｖｏｉｇｔ，  Ｈ．  Ｄｅｄｅｒｉｃｈｓ，  ａｎｄ  Ｒ．  Ｓｃｈｉｐｐａｎ，  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，  Ｖｏｌ．５１  （１９８０）  ｐｐ．６２１−６１３。
【非特許文献２】Ｐ．Ｊ．  Ｆｌａｎｄｅｒｓ，  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，  Ｖｏｌ．６１，  （１９９０）  ｐｐ．８３９−８４７。
【非特許文献３】Ｋ．  Ｏ’Ｇｒａｄｙ，  Ｖ．Ｇ．  Ｌｅｉｓ，  ａｎｄ  Ｄ．Ｐ．Ｅ．  Ｄｉｃｋｓｏｎ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌ．７３  （１９９３）  ｐｐ．５６０８−５６１３。
【非特許文献４】Ｌａｋｅ  Ｓｈｏｒｅ  Ｃｒｙｏｔｒｏｎｉｃｓ，  Ｉｎｃ．  カタログ，  ＰＭＣ  ＭｉｃｒｏＭａｇ  ２９００  Ｓｅｒｉｅｓ  ＡＧＭ  Ｓｙｓｔｅｍ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、従来のＡＧＦＭにおいては、温度制御が雰囲気ガスによるため低温１Ｋ以下の温度制御ができないという問題がある。さらに、ガス流による振動のため感度や精度が損なわれるという問題もある。加えて、ガスを流すための複雑で大掛かりで高額な装置が必要である。
【００１２】
また、ピエゾ素子が温度制御領域および磁場空間の外に置かれているため、温度変化や磁場の影響を受けにくい反面、磁性体試料とピエゾ素子を繋ぐ棒が長くなることで装置全体の振動の影響を受けやすくなる。そのため、試料の冷却手段としてＧＭ冷凍機やパルスチューブ冷凍機などの機械式冷凍機を用いた場合、振動ノイズが非常に大きくなり感度や精度が極めて悪くなるという問題がある。
【００１３】
従来のＡＧＦＭでは、感度を大きくするために、ピエゾ素子から試料までの部分を一体とした力学系の固有共振周波数に交番磁場の周波数を一致させて振動振幅が最大になるようにしている。この方法では、温度や磁場の影響により僅かでも固有共振周波数が変化すると出力電圧が大幅に変化し、間違った測定結果を生じさせる問題がある。
【００１４】
従来のＡＧＦＭでは、直流磁場中に置かれた交番勾配磁場発生部のコイルに交流電流が流れるため、ローレンツ力を受けてコイルが振動し、その振動が固体を通してつながっているピエゾ素子に音響的に回り込むことで測定精度を減少させている。
【００１５】
本発明の目的はこれらの課題を解決して、次のようなＡＧＦＭを提供することである。（１）大掛かりな装置を必要とせずに温度制御が可能で、特に従来のガス冷却では原理的に不可能であった１Ｋ以下の温度でも温度制御可能である。（２）試料とピエゾ素子との間の距離が短くて機械的振動の影響が最小である。（３）固有振動数の変化の影響がほとんどない。（４）音響的振動の回り込みによる感度の低下が最小である。（５）試料の温度変化や印加磁場の変化が測定結果に与える影響を最小にできる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１）１Ｋ以下の温度でも制御できるように、温度制御を熱交換ガスではなく固体による熱伝導によって行う。（２）機械的振動の影響を小さくするために、交番勾配磁場発生部とピエゾ素子とを直流磁場空間内に配置する。（３）温度変化と磁場変化のピエゾ素子への影響を小さくするために、交番勾配磁場の周波数を固有共振周波数から敢えてずらし、試料を交番磁場に対して同相あるいは逆相で振動させる。（４）音響的振動の回り込みによる感度の低下を、交番磁場発生部とピエゾ素子との間に大きな質量のベースを入れ、さらにバネとダンパーにより部品を固定する。（５）温度変化や磁場変化がピエゾ素子に与える影響を小さくするために、予め特性のわかっている試料の磁化を測定しておきそれを用いて補正する。
【発明の効果】
【００１７】
（１）従来の測定温度範囲が１．５Ｋ以上であったものが、固体熱伝導による温度制御によりそれ以下に拡張され、ガス流によるノイズが減少する。（２）従来、試料の冷却手段として機械式冷凍機は用いられていなかった。それは振動による影響が大きいためであったが、ピエゾ素子を磁場空間内に置くことにより振動の影響を小さくできる。ピエゾ素子の電気的特性は磁場によってあまり影響を受けないため、ピエゾ素子を磁場空間内に置いても磁化測定への影響は小さい。（３）測定系の固有振動数が環境の変化により影響を受けても、測定結果に大きく影響しない。（４）バックグラウンドノイズとして、交番勾配磁場発生コイルの振動がピエゾ素子に音響的に伝わるものがあるが、それを吸収する機構により感度が上がる。（５）温度変化や磁場変化によるバックグラウンドトレンドが補償により消える。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の主要部のみを抜き出して描いた模式図である。冷却のためのＧＭ冷凍機などは省略されている。
【図２】ピエゾ素子に発生した電圧の共振周波数付近のスペクトル。
【図３】鉛の磁化の磁場依存性を測定した結果。
【図４】鉛の磁化の温度依存性を測定した結果。
【図５】ノイズの大きさを見積るために、磁気モーメントの温度依存性の縦軸を拡大したもの。
【図６】ピエゾ素子を直流磁場に平行に配置したＡＧＦＭの例。２本の矢印は、ある瞬間における交番磁場の向きを表す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照してＡＧＦＭについて説明する。図１において、図に描かれた部分の周りは真空に排気されており、断熱されている。超伝導マグネット１および下部ベース１０はＧＭ冷凍機のセカンドステージに熱的に接続されており、約３Ｋの低温になっている。ＧＭ冷凍機の代わりに、パルスチューブ冷凍機やスターリング冷凍機など他の機械式冷凍機でもよいし、液体ヘリウムなどの寒剤を用いてもよい。また、超伝導マグネットの代わりに常伝導マグネットでもよいことは言うまでもない。下部ベース１０は、その上に固定される交番勾配磁場発生コイル支持体１３とピエゾ素子支持体１４の支持体となっていて、質量が大きいため振動が伝わりにくい構造体になっている。
【００２０】
下部ベース１０に固定されているガラスエポキシ材料でできたピエゾ素子支持体１４は熱伝導率が小さいので、銅坂９は細い銅線でできた熱リンク６を通して下部ベース１０に緩く結合され約３Ｋに冷却されている。その銅坂９の上には、温度センサー７とヒーター８と長さ１５ｍｍのピエゾ素子３が接続されており、同じく約３Ｋになっている。
【００２１】
ピエゾ素子３の先端には直径０．５ｍｍ長さ１３ｍｍのカーボンファイバーロッドでできた棒４が取り付けられており、その先端には磁性体試料５が取り付けられている。磁性体試料５の温度は、棒４を通して固体熱伝導により銅坂９と同じ温度になっており、ヒーター８による加熱と熱リンク６による冷却のバランスによって所望の温度に設定可能である。銅坂９、熱リンク６、温度センサー７、ヒーター８をまとめて温度制御部と呼ぶ。
【００２２】
このようにピエゾ素子を低温の磁場空間内に収納することにより、非常にコンパクトに試料５とヒーター８が固体材料によって繋がれ、熱伝導により極めて容易に温度コントロール可能となる。これが、請求項１と請求項２に記載した特徴である。なお、棒４の材質は、カーボンファイバーロッド以外の材料でも、磁化が小さいものであれば利用可能であることは言うまでもない。
【００２３】
従来のＡＧＦＭは、このピエゾ素子３が磁場空間の外にあり、また低温ではなく室温部に設置されている。それは、ピエゾ素子３が磁場の影響や温度変化の影響を受けないように配慮した結果である。それにより、棒４が最低でも１５０ｍｍ、長いものでは数百ｍｍにもなり、機械的な振動の影響を受けやすくなっていた。本装置は、棒４の長さが１３ｍｍであり、従来のものに比べて１桁以上短い。そのため、機械的振動の影響を受けにくく、ＧＭ冷凍機などの機械式冷凍機を用いた冷却システムにも対応可能である。また、棒４をこのように短くすることで、固有振動数が約１桁高くなり、その周波数帯には機械振動のスペクトルがほとんどないので、機械振動ノイズの影響が極めて小さいものを実現できる。このようにノイズの低減が図れたのは、ピエゾ素子を試料の近くである低温部かつ磁場空間内に置いたことによる効果である。このようなメリットが、請求項２に記載した特徴により達成できる。
【００２４】
交番勾配磁場発生コイル２は中心軸が一列に並んだ２つのコイルから成っており、互いに反対向きの磁場を発生するように電気的に接続されている。超伝導マグネット１に直流電流を流して一定の直流磁場を作っておき、交番勾配磁場発生コイル２に交流電源１６から交流電流を流すと、磁性体試料５の位置で、上下の方向に勾配をもった交番磁場が直流磁場に重畳される。
【００２５】
磁性体試料５は、交番勾配磁場発生コイル２が作る交番磁場勾配によって上下方向の交番磁気力を受け、棒４を通してピエゾ素子３に上下方向の振動曲げ応力を与える。その結果、ピエゾ素子３の電気端子には同じ周波数の交番電圧が発生し、それがリード線１５によって室温部のロックインアンプに導かれる。この交番電圧の大きさは、磁性体試料５の受ける力、すなわち磁気モーメントの大きさに比例するので、一度磁化の大きさがわかっている試料を用いて較正すれば電圧の大きさから試料がもつ磁気モーメントがわかる。その磁気モーメントを試料の体積で割れば、磁化が求まる。
【００２６】
交番勾配磁場発生コイル２には、超伝導マグネット１がつくる直流磁場の中で交流電流が流されるので、巻線にローレンツ力がはたらき振動力を受ける。その周波数は電流の周波数と同じであり、それが交番勾配磁場発生コイル支持体１３を通して音響振動としてピエゾ素子３に伝わり、バックグラウンドノイズとして感度を低下させる。それを防ぐために、交番勾配磁場発生コイル支持体１３は非磁性体であるリン青銅バネ１１を通して下部ベース１０に固定されている。また、振動に減衰を与えるために、極低温でも弾性をもつ積層の紙から成るダンパー１２を用いている。緩衝材として機能するこれらリン青銅バネ１１とダンパー１２は、板バネ以外の構造のバネでもよいし、同じようなダンパー機能をもつ他の材料でもよいことは言うまでもない。この構造が、請求項４に記載の特徴である。
【００２７】
図１の装置によって、試料として７．２Ｋで超伝導転移する鉛（Ｐｂ）をセットし、その磁化を測定した。温度をパラメータとして、試料が超伝導状態にあるときと常伝導状態にあるときのピエゾ素子３（バイモルフ）に発生した電圧（信号電圧）のスペクトルを図２に示す。温度が８Ｋのときは常伝導状態なので磁化が小さく、信号電圧が非常に小さい。しかし、よく見ると１１４７Ｈｚ付近に極めて小さなピークが見える。このくらい小さな信号のときには、図２の中の交番勾配磁場発生コイル２の振動がベース１０とピエゾ素子支持体１４を通してピエゾ素子に音響的に伝わり、バックグラウンドノイズとして目立ってくる。実際、リン青銅バネ１１とダンパー１２が無い場合にはもっと大きなノイズが観測される。請求項４に記載の特徴は、このように音響的ノイズが信号に回り込むのを防止している。
【００２８】
図２において、３．２Ｋと４．５Ｋのときは超伝導状態で完全反磁性あるため、共振周波数で信号強度が大きく出ており、ローレンツ曲線を描いている。共振周波数は、３．２Ｋのとき１１５６Ｈｚ、４．５Ｋのとき１１５３Ｈｚである。高温になるほど低周波数側にシフトしており、３．２Ｋでピークに設定していたら４．５Ｋになったとき約１／３以下になるのがわかる。しかし、共振周波数よりも高周波側の１１７０Ｈｚ付近に設定したら温度変化はごくわずかであることがわかる。同様に、共振周波数よりも低周波側の１１４０Ｈｚ付近に設定しても温度変化はごくわずかであることがわかる。試料が反磁性であるので、共振周波数よりも高周波側では交番勾配磁場と同相（０度）で試料が振動しており、低周波側では逆相（−１８０度）で振動している。共振周波数では、位相が（−９０度）ずれている。常磁性や強磁性の場合には、位相は反磁性と逆になる。
【００２９】
従来のＡＧＦＭでは、周波数を共振周波数に合わせて図２の信号のピークのところで測定していた。しかし、このピーク位置は非常に不安定であるため、少しの周波数変化により信号強度が大きく変化する結果となる。今回、図２の実験結果から、ピーク位置からずれた同相あるいは逆相で振動しているモードを利用することが従来の方法に比べて新奇である。これにより、信号電圧は小さくなるが、安定性が増加し温度変化や磁場変化の影響を受けにくくなるという特長を有することになる。これが、請求項３に記載の特徴の効果である。
【００３０】
図３は同じく球形の鉛試料（Ｐｂ）の温度３Ｋにおける、磁化−４πＭの磁場Ｈ依存性を測定したものである。超伝導状態では、完全反磁性により、磁化Ｍは負の値である。横軸近くに点線で示したように、緩やかに磁場とともに変化するバックグラウンドの変化がある。この温度での鉛の臨界磁場Ｈｃは７００Ｏｅである。球の反磁場係数が１／３であるため、理論的には実線で示したとおり、磁化−４πＭは２Ｈｃ／３の磁場４６７Ｏｅまで完全反磁性が続き、ピークで７００ｅｍｕとなり、その後磁場が一部侵入した中間状態を取りながら減少してＨｃ＝７００Ｏｅで０になる。このデータを基に、信号電圧から磁化の値に較正ができる。
【００３１】
図３中の点線で示した緩やかなベースラインは色々な要因から成っているが、磁場がピエゾ素子に影響を与えたものも含まれている。これは、従来磁場空間の外部に設置されたピエゾ素子を磁場空間内に入れたことによるものであり、本来の試料の特性ではないため処理が必要である。それには、予め磁化が磁場と温度にどのように依存するかわかった磁性体の磁化を測定し、バックグラウンドラインの変化を求めておき、測定値から引き算することで、磁場依存性の補償ができる。これが請求項５に記載した特徴である。
【００３２】
図４は鉛（Ｐｂ）の磁化Ｍの温度依存性の測定結果であり、データは次のようにして得られた。まず、鉛試料を一旦８Ｋ以上の常伝導状態にしたのち磁場を０にしたまま約３Ｋの低温まで冷却する。次に、５０Ｏｅの磁場を印加し温度を上昇させながら磁化−Ｍを８Ｋ以上まで測定した。その後、前と同様にゼロ磁場中で約３Ｋまで冷却し磁場を１５０Ｏｅ印加して同じ測定を行う。これら一連の操作を、磁場を５０Ｏｅずつ増加させながら行い、全測定結果を得た。
【００３３】
図４の測定周波数は３．２Ｋのときの共振周波数１１５６Ｈｚよりも高い１１７０Ｈｚであり、振動は勾配磁場の位相と同相（常磁性や強磁性の試料では逆相になるが、鉛は完全反磁性なので同相となる）モードである。グラフからわかるように、試料が１．１ｍｇという微少量であるにもかかわらず、十分な信号強度がありノイズが小さいことがわかる。
【００３４】
図４のデータから、磁場が弱いときに超伝導転移温度が７．２Ｋであることがわかる。この値は、公表されている鉛のデータと一致しており、温度制御が固体熱伝導により良好に行われていることがわかる。また、磁化の値も他の装置で測定された値と大体一致しており、この測定法の正当性がわかる。
【００３５】
次にこの装置の感度を見積る。図４の磁場の大きさが５０Ｏｅのときのデータを拡大し、試料の体積をかけて磁気モーメントｍの値に換算したものが、図５である。装置に含まれるノイズのために、温度の変化とともに測定値がふらついている。その振れの大きさはピークからピークが３×１０−５ｅｍｕであり、二乗平均平方根（ｒｍｓ）で１×１０−５ｅｍｕである。この大きさは振動試料型磁化測定装置（ＶＳＭ）とほぼ同水準であり、この装置の感度の高さを示している。
【００３６】
次に、図１の装置の変形版について述べる。図１の装置では試料が超伝導マグネット１の軸（鉛直方向）に平行に振動するため、ピエゾ素子（バイモルフ）が水平方向に配置されている。このため、超伝導マグネット１のボア内にピエゾ素子を収めるには窮屈な配置になっている。その窮屈さを解消するために、改造したものが図６の装置である。図１の装置と同じ部品は同じ機能を果たすので、説明を省略する。図１との主な相違点は、上ベース２４を低温熱源（ＧＭ冷凍機等の機械式冷凍機）に接続し、ピエゾ素子の長辺を鉛直軸に平衡に配置し、２対の勾配磁場発生コイルを図のように配置するというところである。これらのコイルは図のように直列に電気的配線がなされ交流電源が接続されている。
【００３７】
いま、交流電源１６が作る電流のある半周期において、一対のコイル２０および２１は矢印で示したように上向きの磁場を発生し、もう一対のコイル２２および２３は下向きの磁場を発生しているとする。このとき、超伝導マグネット１の作る磁場が上向きで、試料が常磁性体であれば、試料の右側が磁場が強く左側が弱いため、試料は右向きに力を受ける。次の半周期では逆になり、試料は左向きに力を受ける。このように、試料は周期的に左右の力を受け、ピエゾ素子に交番電圧が発生する。
【００３８】
このようにして図１の装置と同様、磁化を測定することができる。この構造の場合、装置がコンパクトになり、超伝導マグネット１のボアが小さくても構成可能となるメリットがある。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、試料の温度制御を固体熱伝導により行うことで、熱交換ガスが凝縮するような低温あるいは試料を動かすと発熱が問題になるような低温でも、温度制御を行える直流磁化測定装置が構成可能となる。また、固体熱伝導による温度制御は、一般に熱交換ガスによる制御に比べて速い応答が期待できる。そのため、迅速な温度制御が可能となる。
【符号の説明】
【００４０】
１  超伝導マグネット
２  交番勾配磁場発生コイル（一対）
３  ピエゾ素子（バイモルフとも呼ばれる）
４  棒
５  磁性体試料
６  熱リンク
７  温度センサー
８  ヒーター
９  銅板
１０  下部ベース
１１  リン青銅板バネ
１２  ダンパー
１３  交番勾配磁場発生コイル支持体
１４  ピエゾ素子支持体
１５  リード線
１６  交流電源
２０、２１  交番勾配磁場発生コイル（一対）
２２、２３  交番勾配磁場発生コイル（一対）
２４  上部ベース
【図１】
2017138167.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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