2019 Fiscal Year Annual Research Report
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19H05600
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
齊藤 英治 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80338251)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塩見 雄毅 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (10633969)
高橋 三郎 東北大学, 材料科学高等研究所, 学術研究員 (60171485)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 核スピン流 / 核スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、原子核スピンとスピン流物性を繋ぐ新たな学問領域「核スピン流科学」を建設するものである。本年度は主に以下の3課題について研究を進めた。
1. 核スピンゼーベック効果の開拓：核スピンポンピング効果（NMRによる核スピン流生成）が確認されているMnCO3を測定対象とし、未開拓の熱電現象「核スピンゼーベック効果」の実証に向け実験研究に取り組んだ。MnCO3の核スピン波は500MHz領域に鋭い状態密度を持っている。これは極低温(~mK)で特異的に強い核スピン熱励起が可能であり、その状態密度ピークを経由して、極低温域で顕在化する核スピンゼーベック効果の存在を示唆する。本効果の実証を目指し、希釈冷凍機を用いた測定系を構築し、励起強度変調型ロックイン検波法による定量測定技術を確立した。また、測定に伴う発熱を最小限に抑えることのできる微細素子試料の作製も完了した。本試料を用いて、液体ヘリウム温度までの実験において、核スピンゼーベック効果の最初の信号を見出すことに成功した。
2. 物質開拓：核スピン流を担う物質群の開拓のため、ブリッジマン炉及びグローブボックスを導入し、試料の合成を開始した。引き続き、本課題の測定班と密に議論しながら、試料合成を進めていく。
3. 核スピン流の理論の構築：核スピン流の生成機構を検討・定式化した。従来型のSuhl-Nakamura相互作用に基づくスピン流生成機構を超えた理論計算が進んでおり、核スピン流の体系的理解に向けた進展が得られている。
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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
本研究課題の中核をなす核スピンゼーベック効果の実証に向けて、希釈冷凍機における測定セットアップの構築や検出技術の洗練化が進んでおり、当初予定を約半年前倒しして、核スピンゼーベック効果の最初の信号を得ることにも成功した。更には、核スピン-電子スピン混成（Suhl-Nakamura相互作用）に基づくスピン流生成機構を超えた理論の構築が進んでおり、核スピン流物理の体系的理解に向けた進展が得られている。以上より、研究は順調に進展しているものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで測定を行っている局所配置の核スピンゼーベック効果だけでなく、非局所配置の測定にも着手し、核スピン流の長さスケールの同定を行う。更には開発した核スピン物質を用いたスピン流測定を行う。
上記に加え、核スピンと力学的な回転運動の交差相関を明らかにするべく、実験系を立ち上げる。原子核の運ぶ磁気モーメントは小さいものの、角運動量は電子と同程度である。計算により、動的手法を用いることによって核スピンによる回転運動の自発的生成（核アインシュタインドハース効果）が実現し得ることが分かっている。動的手法によって生じるトルク及び運動の測定が可能なベクトル・ドップラー干渉分光に基づく実験系の構築を行う。
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