2020 Fiscal Year Annual Research Report
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20H02599
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉川 貴史 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60828846)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 核スピン / 機械振動 / フォノン / スピンゼーベック効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、マンガン系の高核スピン材料である炭酸マンガン（MnCO3）に代表される核スピン波励起を示す物質を舞台に、核スピン波と機械振動モード間のコヒーレント結合状態の観測・制御を行う。
本研究課題の目標達成のためには、大きな核スピンを有するMn系の核スピン物質の素励起特性を理解する必要がある。そこで本年度は、マンガン系の高核スピン材料MnCO3の低温マイクロ波スペクトロスコピーの技術開発と測定に重きをおいて研究を行った。これにより、核スピン波の磁場分散関係に関するパラメタを、MnCO3のネール温度（~35 K）から低温域（2K）までの広い温度域において決定することに成功した。低磁場域では、核スピン波の形成を裏付ける周波数プリングを観測し、この振る舞いをもとに、Suhl-Nakamura相互作用の強さを特徴付ける、核スピンが電子スピン位置に作る有効磁場の温度依存性を決定することができた。この分光学的研究により、MnCO3の核スピンダイナミクスの全貌が明らかになり、この物質を用いて核スピン-フォノン・機械振動結合を調べるための土台が構築された。さらに、核スピンを利用した熱電変換現象（核スピンゼーベック効果）を見出した。実験および計算を通じて、核スピンのもつ角運動量を超微細相互作用によって直接取り出すことが可能であり、また、核スピンが電子マグノンとの混成を介して格子系と強く結合していることが明らかになった。本現象の実証により、本研究課題の最終目標である、核スピンのもつ角運動量の相互変換効果に基づく新しい科学技術の創生に向けた進展が得られたといえる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の目標達成のためには、大きな核スピンを有するMn系の核スピン物質の素励起特性を理解する必要がある。本年度の研究により、その代表格であるMnCO3の核スピン波の磁場分散関係に関するパラメタを、広い磁場・温度領域において決定することに成功した。核スピン波は、電子スピン波成分を持っており、格子系との強い結合が期待される。この稀有な状態の特性の理解が得られたことは意義深い進展といえる。また、MnCO3における核スピンゼーベック効果の実証により、核スピンのもつ角運動量を超微細相互作用によって直接取り出すことが可能であり、また、核スピンが電子マグノンとの混成を介して格子系と強く結合していることが明らかになった。本現象の実証により、本研究課題の最終目標である、核スピンのもつ角運動量の相互変換効果に基づく新しい科学技術の創生に向けた進展が得られたといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、（１）新たな高核スピン材料の開拓のために、マンガン系塩化物の作製、（２）低温下で磁場掃引が可能なセットアップの構築を行う。
（１）前年度までの研究で得られた知見をもとに、核スピンと電子系及び格子系・機械振動系とのより強い結合が期待される、マンガン系塩化物のバルク結晶の作製を行う。候補物質はAMnCl3 (A = K, Cs, Rb)である。これらを用いた素子作製を行うことで、本研究目的の達成に向けた進展が得られると期待される。
（２）低温下で磁場掃引が可能なセットアップの構築
核スピン波モードは、液体ヘリウム温度程度の低温域で顕在化する。低温域での振動測定を立ち上げるべく、R2年度に制震の無冷媒クライオスタットを導入した。本年度はこの装置に磁場制御機能を構築する。核スピン波は電子スピン波との混成状態であるため、通常の未結合状態の核スピンに比べて大きなゼーマン効果を受ける。これは核スピン波の状態を磁場制御可能であることを意味する。核スピンの状態を制御しつつ、機械振動系との結合現象の探索を行う。
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Research Products
(7 results)
