Innovative study of the spintronics using the angular momentum of nuclear spins
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21H01800
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29010:Applied physical properties-related
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
中堂 博之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (30455282)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
熊田 高之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (00343939)
今井 正樹 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究職 (10796329)
矢野 雅大 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究職 (30783790)
松尾 衛 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 客員研究員 (80581090)
立石 健一郎 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (80709220)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
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| Keywords | 核スピントロニクス / アインシュタイン・ドハース効果 / アインシュタインドハース効果 / バーネット効果 / ベリー位相 / 回転ドップラー効果 / NQR / スピントロニクス |
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| Outline of Research at the Start |
従来のスピントロニクスは電子のスピン角運動量を用いてきたが、本研究では核スピン角運動量を用いたスピントロニクスを開拓する。核四重極共鳴法を用いて回転系における核スピンダイナミクスに関する知見を得る。動的核偏極を用いて核スピン角運動量を増強したうえで、核スピンと力学回転の相互作用を用いた核アインシュタイン・ドハース効果を実証することや、核スピン角運動量を角運動量源としたスピン流生成を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
R4年度はR3年度にPhysical Review Bに出版した回転によるNQRスペクトルの分裂という内容をさらに発展させ、NMRにおいてコイル回転法を応用し、磁場と回転方向の角度依存性を測定したところ、バーネット効果とベリー位相が競合した新規な量子状態に対応するスペクトルの分裂を発見した。スピン1/2は回転運動とカップルする事で新たに擬スピン1/2に相当する自由度を生成することが分かった。また、この二つのスピン間で量子演算が可能であることを理論的に示した。この内容をまとめた論文はほぼ完成しており、現在投稿準備中である。
磁性流体のバーネット効果において、試料の回転数よりも粒子の回転数の方が倍以上大きくなっていることが明らかとなった。この効果をNMRにおいて測定する予定であったが、NMR信号は確認できなかった。磁性流体に使用されている粒子径はナノサイズであるため表面の割合が多くスペクトルがブロードニングしているためと思われる。
昨年度の予算で購入した600nmCWレーザーを用いて、核スピンからのスピン流生成の実証実験に取り組んだ。その前段階として、まずは試料にレーザーを照射しペンタセンを光学励起三重項状態にした状態からの緩和過程でスピン流が生成するかを確認したが現状スピン流を確認するには至らなかった。スピン流を検出するには白金薄膜を試料に貼り付ける必要があるが、ペンタセンをドープした単結晶試料が脆く、研磨がうまくできていない事が考えられる。
核アインシュタイン・ドハース効果の実証に向けてさらなる除振性能向上を試みた。現状では、環境振動由来の振動ノイズは最も良い条件で一時的に10の-3乗°程度まで押さえられているが、現状ではこの状態を恒常的に作りだすことが難しい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
動的核偏極用の600nmパルスレーザーがR4年度初期に故障してしまったので、実験計画の見直しを迫られた。さらに昨年度は予想外の急激な円安のため、修理費、輸送費が高騰したため予算内での修理ができなかった。そのため廉価版の600nmCWレーザーを購入し、なんとか研究を進めたが、進捗の遅れは否めない。
コイル回転NMRの結果と磁性流体のバーネット効果についてはR4年度内に論文をほぼ完成するまでにこぎ着けたので概ね計画通りの進捗である。
核アインシュタイン・ドハース効果の実証実験においては環境ノイズ対策をR4年度中に終わらせたかったが、安定性の問題が解決できていない。現状の建屋での装置改善はあきらめ翌年度は使用頻度の少ない建屋にて実験を行うこととする。
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| Strategy for Future Research Activity |
コイル回転NMRの結果と磁性流体のバーネット効果については本年度中の出版をめざす。有力紙に掲載された場合はプレスリリースも検討する。動的核偏極を用いたスピン流生成においては、試料の研磨方法を工夫する。結晶が崩れない様に可能な限り低負荷にし、研磨速度も遅くし、バフ研磨板の硬度やバフの種類も検討する。白金のスパッタリングプロセスも再検討し、試料に負荷のかからない条件だしを行う。核アインシュタイン・ドハース効果の実証実験においては、使用頻度の少なく環境振動が小さい建屋の地下に装置を移設し、さらなる振動ノイズ対策を検討している。振動ノイズが押さえられれば環境磁場対策に取り組み、まずは電子系のアインシュタイン・ドハース効果の再現を目指す。再現実験においてデータの読み取りタイミング等の計測システムの最適化を行い、核アインシュタイン・ドハース効果の実証をめざす。核アインシュタイン・ドハース効果の実証実験を行う上での懸案事項は故障したパルスレーザーである。昨年度に代替機として購入したCWレーザーを用いた動的確偏極では偏極率を5％程度までしか向上できないため、信号の強度が小さくなってしまう。実験と並行してパルスレーザーの修理を検討する。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
