Spin current generation by vorticity in quantum fluid
Project/Area Number |
21K03456
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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Research Institution | Kwansei Gakuin University |
Principal Investigator |
堤 康雅 関西学院大学, 理学部, 講師 (10631781)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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Keywords | スピン三重項超伝導体 / スピンテクスチャー / 磁束渦糸 / 液体ヘリウム3 / ボルツマン方程式 / スピン分極 / スピントロニクス / グラフェン / 電子流体 |
Outline of Research at the Start |
スピン角運動量と量子流体の渦度の結合により生成されるスピン流をボルツマン方程式に基づいた微視的な理論計算から定量的に示す。量子流体として、フェルミ液体である液体ヘリウム3とグラフェンで観測されている伝導電子の電子流体を研究対象とする。具体的には、 常流動状態にある液体ヘリウム3の核スピンによるスピン流、 超流動ヘリウム3のスピン三重項クーパー対が担う超流動スピン流、 グラフェン中の電子流体のスピン流についての理論研究を行う。
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Outline of Annual Research Achievements |
最近になって超伝導相が発見されたUTe2はスピン三重項超伝導体であることが強く示唆されており、実験・理論の両面から活発な研究が行われている。スピン三重項超伝導体はクーパー対がスピン自由度を持っているので、磁場下で磁束渦糸として超伝導体に侵入した磁場とスピンの相互作用を通して、クーパー対のスピンの向きが空間変調したスピンテクスチャーを構成することが可能となる。このようなスピンテクスチャーが構成されると磁束渦糸まわりにスピン流が発生する。 今年度の研究では、超伝導状態を表すグリーン関数のフェルミエネルギー近傍の情報を抽出した準古典グリーン関数を用いて、磁場下で実現するスピン三重項超伝導体の磁束渦糸格子を調べた。超伝導状態の秩序変数によるポテンシャルの下で準古典グリーン関数の従うアイレンバーガー方程式を解き、準古典グリーン関数と秩序変数が自己無撞着になる解を求めることで、磁束渦糸格子にスピンテクスチャーを含む構造が低温・低磁場での自己無撞着な解として得られることを示した。また、このスピンテクスチャーの内部磁場や磁化の空間分布は、実験で観測された核磁気共鳴(NMR)スペクトルと共通の特徴を持つことも明らかにした。さらに、超伝導基底状態からの準粒子励起の局所状態密度についても調べることで、本来は磁束渦糸に局在している準粒子励起が、スピンテクスチャーが構成されると広がりを持って空間分布することも明らかとなった。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の当初の計画では、超伝導体UTe2を研究対象としては考えていなかった。最近の研究でUTe2がスピン三重項超伝導体であることが強く示唆され、その特徴も明らかになってきたことから、スピン流生成が行える系としてUTe2を研究することにした。急な取り組みではあったが、論文としてまとめるのに十分な結果が得られており、成果を学会発表することもできている。このように、当初の計画にはなかった系でのスピン流生成の研究に発展しており、本研究課題が計画以上に進展しているといえる。
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Strategy for Future Research Activity |
昨年度の研究で、液体ヘリウム3を封入した容器の壁を高周波で振動させると、ヘリウム3の核スピンが容器の壁に向かって流れることを示している。容器の壁面に流れ込むスピン流の大きさは、境界でのスピンフリップ散乱確率に強く影響されると考えられる。今後の研究では、スピン流の大きさの境界条件への依存性を明らかにすることで、スピン流を効率的に生成するための実験条件を明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)