Ultrasound is a powerful means to study numerous phenomena of condensed-matter physics as acoustic waves couple strongly to structural, magnetic, orbital, and charge degrees of freedom. In this paper, we present such a technique combined with single-turn coils (STCs) that generate magnetic fields beyond 100 T with the typical pulse duration of 6 µs. As a benchmark of this technique, the ultrasound results for MnCr2S4, Cu6[Si6O18]·6H2O, and liquid oxygen are shown. The resolution for the relative sound-velocity change in the STC is estimated as Δv/v ∼ 10−3, which is sufficient to study various field-induced phase transitions and critical phenomena.

1.
B.
Lüthi
,
Physical Acoustics in the Solid State
(
Springer
,
Heidelberg
,
2005
).
2.
B.
Bhatia
,
Ultrasonic Absorption: An Introduction to the Theory of Sound Absorption and Dispersion in Gases, Liquids, and Solids
(
Oxford University Press
,
New York
,
1986
).
3.
V.
Tsurkan
,
S.
Zherlitsyn
,
V.
Felea
,
S.
Yasin
,
Y.
Skourski
,
J.
Deisenhofer
,
H.-A.
Krug von Nidda
,
P.
Lemmens
,
J.
Wosnitza
, and
A.
Loidl
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
247202
(
2011
).
4.
V.
Tsurkan
,
S.
Zherlitsyn
,
S.
Yasin
,
V.
Felea
,
Y.
Skourski
,
J.
Deisenhofer
,
H.-A.
Krug von Nidda
,
J.
Wosnitza
, and
A.
Loidl
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
115502
(
2013
).
5.
V.
Tsurkan
,
S.
Zherlitsyn
,
L.
Prodan
,
V.
Felea
,
P. T.
Cong
,
Y.
Skourski
,
Z.
Wang
,
J.
Deisenhofer
,
H.-A.
Krug von Nidda
,
J.
Wosnitza
, and
A.
Loidl
,
Sci. Adv.
3
,
e1601982
(
2017
).
6.
M.
Gen
,
T.
Nomura
,
D. I.
Gorbunov
,
S.
Yasin
,
P. T.
Cong
,
C.
Dong
,
Y.
Kohama
,
E. L.
Green
,
J. M.
Law
,
M. S.
Henriques
,
J.
Wosnitza
,
A. A.
Zvyagin
,
V. O.
Cheranovskii
,
R. K.
Kremer
, and
S.
Zherlitsyn
,
Phys. Rev. Res.
1
,
033065
(
2019
).
7.
S.
Zherlitsyn
,
V.
Tsurkan
,
A. A.
Zvyagin
,
S.
Yasin
,
S.
Erfanifam
,
R.
Beyer
,
M.
Naumann
,
E.
Green
,
J.
Wosnitza
, and
A.
Loidl
,
Phys. Rev. B
91
,
060406(R)
(
2015
).
8.
B.
Wolf
,
S.
Zherlitsyn
,
S.
Schmidt
,
B.
Lüthi
,
H.
Kageyama
, and
Y.
Ueda
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
4847
(
2001
).
9.
A. V.
Andreev
,
Y.
Skourski
,
M. D.
Kuz’min
,
S.
Yasin
,
S.
Zherlitsyn
,
R.
Daou
,
J.
Wosnitza
,
A.
Iwasa
,
A.
Kondo
,
A.
Matsuo
, and
K.
Kindo
,
Phys. Rev. B
83
,
184422
(
2011
).
10.
D. I.
Gorbunov
,
S.
Yasin
,
A. V.
Andreev
,
N. V.
Mushnikov
,
E. V.
Rosenfeld
,
Y.
Skourski
,
S.
Zherlitsyn
, and
J.
Wosnitza
,
Phys. Rev. B
89
,
214417
(
2014
).
11.
D. I.
Gorbunov
,
T.
Nomura
,
I.
Ishii
,
M. S.
Henriques
,
A. V.
Andreev
,
M.
Doerr
,
T.
Stöter
,
T.
Suzuki
,
S.
Zherlitsyn
, and
J.
Wosnitza
,
Phys. Rev. B
97
,
184412
(
2018
).
12.
D. I.
Gorbunov
,
A. V.
Andreev
,
I.
Ishii
,
K.
Prokeš
,
T.
Suzuki
,
S.
Zherlitsyn
, and
J.
Wosnitza
,
Phys. Rev. B
101
,
014408
(
2020
).
13.
S.
Zherlitsyn
,
B.
Lüthi
,
B.
Wolf
,
J. L.
Sarrao
,
Z.
Fisk
, and
V.
Zlatić
,
Phys. Rev. B
60
,
3148
(
1999
).
14.
R.
Kurihara
,
A.
Miyake
,
M.
Tokunaga
,
Y.
Hirose
, and
R.
Settai
,
Phys. Rev. B
101
,
155125
(
2020
).
15.
B. J.
Ramshaw
,
K. A.
Modic
,
A.
Shekhter
,
Y.
Zhang
,
E.-A.
Kim
,
P. J. W.
Moll
,
M. D.
Bachmann
,
M. K.
Chan
,
J. B.
Betts
,
F.
Balakirev
,
A.
Migliori
,
N. J.
Ghimire
,
E. D.
Bauer
,
F.
Ronning
, and
R. D.
McDonald
,
Nat. Commun.
9
,
2217
(
2018
).
16.
C.
Schindler
,
D.
Gorbunov
,
S.
Zherlitsyn
,
S.
Galeski
,
M.
Schmidt
,
J.
Wosnitza
, and
J.
Gooth
,
Phys. Rev. B
102
,
165156
(
2020
).
17.
B.
Wolf
,
B.
Lüthi
,
S.
Schmidt
,
H.
Schwenk
,
M.
Sieling
,
S.
Zherlitsyn
, and
I.
Kouroudis
,
Physica B
294–295
,
612
617
(
2001
).
18.
S.
Zherlitsyn
,
S.
Yasin
,
J.
Wosnitza
,
A. A.
Zvyagin
,
A. V.
Andreev
, and
V.
Tsurkan
,
Low Temp. Phys.
40
,
123
(
2014
).
19.
A.
Suslov
,
B. K.
Sarma
,
J. B.
Ketterson
,
F.
Balakirev
,
A.
Migliori
, and
A.
Lacerda
,
Rev. Sci. Instrum.
77
,
035105
(
2006
).
20.
K.
Nakao
,
F.
Herlach
,
T.
Goto
,
S.
Takeyama
,
T.
Sakakibara
, and
N.
Miura
,
J. Phys. E: Sci. Instrum.
18
,
1018
1026
(
1985
).
21.
N.
Miura
,
T.
Osada
, and
S.
Takeyama
,
J. Low Temp. Phys.
133
,
139
158
(
2003
).
22.
O.
Portugall
,
N.
Puhlmann
,
H. U.
Müller
,
M.
Barczewski
,
I.
Stolpe
, and
M.
von Ortenberg
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
32
,
2354
(
1999
).
23.
O.
Portugall
,
P. Y.
Solane
,
P.
Plochocka
,
D. K.
Maude
, and
R. J.
Nicholas
,
C. R. Phys.
14
,
115
(
2013
).
24.
C. H.
Mielke
and
R. D.
McDonald
, in
2006 IEEE International Conference on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics
(
IEEE
,
2006
).
25.
J.
Laperre
and
W.
Thys
,
Eur. J. Phys.
13
,
236
244
(
1992
).
26.
D. I.
Boef
and
J. G.
Miller
,
Phys. Acoust.
8
,
95
201
(
1971
).
27.
B.
Lüthi
and
W.
Rehwald
, in
Structural Phase Transitions I
, Topics in Current Physics, edited by
K. A.
Müller
and
H.
Thomas
(
Springer
,
Berlin
,
1981
), Vol. 23, pp.
131
184
.
28.
S.
Yamamoto
,
H.
Suwa
,
T.
Kihara
,
T.
Nomura
,
Y.
Kotani
,
T.
Nakamura
,
Y.
Skourski
,
S.
Zherlitsyn
,
L.
Prodan
,
V.
Tsurkan
,
H.
Nojiri
,
A.
Loidl
, and
J.
Wosnitza
,
Phys. Rev. B
103
,
L020408
(
2021
).
29.
A.
Podlesnyak
,
L. M.
Anovitz
,
A. I.
Kolesnikov
,
M.
Matsuda
,
T. R.
Prisk
,
S.
Toth
, and
G.
Ehlers
,
Phys. Rev. B
93
,
064426
(
2016
).
30.
S.
Takeyama
,
R.
Sakakura
,
Y. H.
Matsuda
,
A.
Miyata
, and
M.
Tokunaga
,
J. Phys. Soc. Jpn.
81
,
014702
(
2012
).
31.
A.
Miyata
,
H.
Suwa
,
T.
Nomura
,
L.
Prodan
,
V.
Felea
,
Y.
Skourski
,
J.
Deisenhofer
,
H.-A.
Krug von Nidda
,
O.
Portugall
,
S.
Zherlitsyn
,
V.
Tsurkan
,
J.
Wosnitza
, and
A.
Loidl
,
Phys. Rev. B
101
,
054432
(
2020
).
32.
A.
Ruff
,
Z.
Wang
,
S.
Zherlitsyn
,
J.
Wosnitza
,
S.
Krohns
,
H.-A.
Krug von Nidda
,
P.
Lunkenheimer
,
V.
Tsurkan
, and
A.
Loidl
,
Phys. Rev. B
100
,
014404
(
2019
).
33.
L.
Rossi
,
D.
Brüning
,
H.
Ueda
,
Y.
Skourski
,
T.
Lorenz
, and
B.
Bryant
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
262901
(
2020
).
34.
Y.
Wang
,
G. L.
Pascut
,
B.
Gao
,
T. A.
Tyson
,
K.
Haule
,
V.
Kiryukhin
, and
S.-W.
Cheong
,
Sci. Rep.
5
,
12268
(
2015
).
35.
T.
Kurumaji
,
S.
Ishiwata
, and
Y.
Tokura
,
Phys. Rev. X
5
,
031034
(
2015
).
36.
S. A.
Zvyagin
 et al (unpublished).
37.
T.
Isono
,
S.
Sugiura
,
T.
Terashima
,
K.
Miyagawa
,
K.
Kanoda
, and
S.
Uji
,
Nat. Commun.
9
,
1509
(
2018
).
38.
T.
Nomura
,
Y.
Kohama
,
Y. H.
Matsuda
,
K.
Kindo
, and
T. C.
Kobayashi
,
Phys. Rev. B
95
,
104420
(
2017
).
39.
C.
Kittel
,
Phys. Rev.
110
,
836
(
1958
).
40.
T.
Nomura
,
X.-X.
Zhang
,
S.
Zherlitsyn
,
J.
Wosnitza
,
Y.
Tokura
,
N.
Nagaosa
, and
S.
Seki
,
Phys. Rev. Lett.
122
,
145901
(
2019
).
41.
T.
Nomura
,
Y. H.
Matsuda
,
S.
Zherlitsyn
,
J.
Wosnitza
, and
T. C.
Kobayashi
, arXiv:1906.01207 (
2019
).
42.
C.
Uyeda
,
A.
Yamagishi
, and
M.
Date
,
J. Phys. Soc. Jpn.
56
,
3444
(
1987
).
You do not currently have access to this content.