2019 Fiscal Year Annual Research Report
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18J21304
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
Chen Yao 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | スピン流 / 超伝導渦糸 / 整流効果 / スピンパイエルス物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は引き続き超伝導渦糸由来のスピン流を調べました。NbNとPtの平行細線を磁性絶縁体基板上に成膜したサンプルを用いて、超伝導体のNbN細線に電流を流し、他のPt細線で電圧信号の検出を行ったところ、渦糸液体相に相当する磁場と温度領域で、従来のスピゼーベック効果では説明できない電流の極性に依存した電圧信号が見られました。前年度まではこの電流に対して非相反の信号の由来については渦糸の整流効果と考えましたが、今年度の対照実験より、基板の磁性絶縁体の絶縁不良に由来する可能性があることが分かりました。これからは基板の成長条件など詳しく調べ、最適化する方針で実験を進めていきます。また電流を印加せず、環境ノイズより整流された渦糸を利用したスピン流生成の測定も行っている途中です。
一方で、効率的なスピン流輸送の視点からスピンパイエルス物質CuGeO3の中のスピン流輸送物性を調べ、重要な結果を得ました。CuGeO3は一次元のスピン鎖を持ち、低温の基底状態は非磁性であるにもかかわらず、今回の実験ではこの状態でもスピン流を輸送できることを見出しました。具体的には隣接するCuの交差鎖が形成し、スピンダイマー状態となります。この場合の基底状態はスピン一重項で、スピンの励起状態はスピン三重項であります。スピン三重項はギャップを持ちますが、磁場印加で外部磁場と平行の偏極状態のエネルギーが下がり、熱励起によりスピン流が伝搬されます。実験ではCuGeO3の上にPtとAuヒーターを作り、Auにacを流しながらPtの電圧をロックイン法でスピンゼーベック効果を検出しました。このスピンゼーベック効果の符号が磁性体と逆であることが今回発見したスピン流が従来のスピン波スピン流と全く異なるものを示しています。これはスピンギャップが開いた量子スピン系において普遍的だと思われ、広く関心を集められる研究内容と考えています。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
YIG/NbN界面のスピン流 - 渦糸の変換現象を詳細に調べ、追加実験などを計画通りに進めていますが、絶縁性の問題が浮上したため、予期せぬ追加実験の必要性があります。来年度中に本研究をまとめて論文として発表する予定です。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は磁性体基板の成膜条件の最適化をまず行い、その後昨年度までに観測された渦糸整流効果由来の電圧信号の再現実験を行う方針です。万が一絶縁性の問題の解決が難しい場合、速やかにサンプルの構造の再考をする予定です。もし再現性が実証されれば、基板と超伝導体を変えての対照実験を行ったあと、理論の構築に着手したいと考えます。
並行して、スピンパイエルス物質中の三重項スピン流の実験結果を踏まえて、理論の構築を専門家とともに進め、論文としての発表を予定しています。
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