Development of low temperature spintronics

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15160
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 29010:Applied physical properties-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Makiuchi Takahiko 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任研究員 (70869453)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 低温物理学 / スピントロニクス / 磁気共鳴 / マイクロ波 / 物性物理学 / 希釈冷凍機

Outline of Final Research Achievements

We investigated experimental methods for low temperature spintronics in millikelvin temperature ranges. We realized an effective cooling method for insulating magnetic materials, a noise reduction method, and a low temperature microwave spectroscopy. We observed the nuclear-spin Seebeck effect in a canted antiferromagnet with strong hyperfine interaction by using a lock-in technique without significant heating effect. The method was also applied to the observation of quantum interference in Pt nanorings. We also contributed to development of microwave techniques, including the phase state measurement of parametrically excited magnetization dynamics in a ferromagnet, the magnetization state tomography, and the low temperature microwave spectroscopy for spintronics materials.

Free Research Field

物性物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

スピントロニクスは電子のスピンの自由度を活用した物理原理やデバイスを創生することを目的としており、その研究領域を低温で顕著に現れる核スピン物理や量子効果に広げることは学術的にも産業的にも重要である。本研究は室温の1/1000倍の低温におけるスピントロニクス実験技術を確立することを目標とした。核スピンによる熱電変換、スピントロニクスに欠かせないスピン流-電流変換物質である白金の量子干渉効果、磁性体の性質を直接調べることができるマイクロ波分光法などで成果をあげた。これらの成果は実社会に役立つスピントロニクス現象の発見や、磁性材料の性質を調べることにつながると期待できる。