2020 Fiscal Year Annual Research Report
| Project/Area Number |
19H05600
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
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)
|
|---|
| 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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
|
| Keywords | 核スピン流 / 核スピントロニクス |
|---|
| 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：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成功した。MnCO3を対象に希釈冷凍機を用いてスピンゼーベック効果の温度・磁場依存性を系統的に測定した。すると信号強度が超低温100 mKまで増大し、且つ信号が強磁場下（14 T）ですら抑制されないことを見出した。この振る舞いは、従来の電子スピンゼーベック効果では説明されない。我々は、Pt/MnCO3界面におけるコリンハ緩和に由来した核スピン流生成機構を提案し、このメカニズムにより実験結果が定量的に再現されることを示した。本研究を通じて、核スピンによる新しいタイプの熱電変換現象―核スピンゼーベック効果―が実証された。
2. 核スピン波分光学の開拓と非線形効果の観測：核スピン流分光学の構築に向け、低温・強磁場広帯域マイクロ波反射分光計を立ち上げた。MnCO3を対象に核・電子スピンダイナミクスを調べ、その磁場分散の全貌を明らかにした。系統的な測定を広範囲な磁場・温度領域で行い、核・電子スピンのモデルパラメタを決定した。また入力マイクロ波強度が大きい条件において、明瞭な非線形吸収を観測した。これは従来議論されていた、核スピン温度の上昇による非線形効果では説明されない。現在までに2フォトン吸収による非線形プロセスを考慮した理論計算により、非線形励起の再現に成功している。
3. 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において、55Mn核を含む高核スピン材料（マンガン系フッ化物）の合成を行った。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。
|
| 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スムーズ進み、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観測に成功した（現在論文を投稿中である）。また、核スピンゼーベック効果の駆動源が核コリンハスピン流であることを理論的に実証することにも成功した。これは当初の想定を超える成果であり、従来型のSuhl-Nakamura相互作用に頼らずに、核スピンのもつ角運動量やエントロピーを直接スピン流として取り出し可能であることを意味する。また、核スピンゼーベック効果をプローブとして、核スピン状態・コヒーレンスなどのスペクトロスコピックな情報を検出できることも見出した。このように本研究を通じて、核スピンを用いた新しい科学技術の道筋が既に見えている段階である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
我々が実証に成功している核スピンゼーベック効果の逆効果として核スピンペルチェ効果が存在する筈である。代表者らは低温域における電子スピンペルチェ効果の系統的研究を行ってきた経緯があり、多くのノウハウを獲得している。Pt薄膜のスピンホール効果を駆動源としてPt/MnCO3界面に核スピンペルチェ効果を誘起し、生じた発熱・吸熱効果をPtの温度変化として検出する。本現象の実証を通じて、開拓すべき核スピン流熱効果が網羅される。また、本研究で開拓している核スピン波分光学をさらなる次元へと押し上げるべく、線形・非線形両レジームにおける核スピン波の時空間ダイナミクスの解明を行う。さらに核スピン波と他素励起（電子スピン, フォノン等）との結合系においてラビ振動の観測や核スピン波を介した状態操作の実現を目指して研究を進める。また、チャレンジングな核スピン流と力学的な回転運動の交差相関現象の開拓を行う。核スピンによる力学回転効果を実測するための実験セットアップ（スピン流注入端子付きのマイクロメートルスケールのカンチレバーとレーザードップラー振動計）の構築は既に完了しており、プロトタイプ実験としてマグノンスピン流－機械振動変換現象の観測にも成功している。核スピン波の低エネルギー性と電子系との結合が良く確立されているMnCO3等の物質を対象に核スピン－力学結合現象の開拓を行う。
|
| Remarks |
【解説記事】吉川貴史, 齊藤英治,“スピントロニクスを活用した熱電変換”電気評論 105, 29－36 (2020).
【プレスリリース】スピン流を介した流体発電現象の大幅な発電効率向上を実現
https://www.t.u-tokyo.ac.jp/soe/press/setnws_202006170918302531719827.html
|
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] 核スピンゼーベック効果の観測2021
Author(s)
1.吉川貴史, Derek Reitz, 伊藤宏陽, 巻内崇彦, 杉本宜陽, 恒川翔, 大門俊介, 大柳洸一, Rafael Ramos, 高橋三郎, 塩見雄毅, Yaroslav Tserkovnyak, 齊藤英治
Organizer
日本物理学会第76回年次大会
-
-
-
-
