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.
REFERENCES
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.
42.
C.
Uyeda
, A.
Yamagishi
, and M.
Date
, J. Phys. Soc. Jpn.
56
, 3444
(1987
).© 2021 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.
