2023 Fiscal Year Final Research Report

Innovative study of the spintronics using the angular momentum of nuclear spins

Research Project

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Project/Area Number	21H01800
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 29010:Applied physical properties-related
Research Institution	Japan Atomic Energy Agency
Principal Investigator	Chudo Hiroyuki 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所先端基礎研究センター, 研究主幹 (30455282)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	熊田高之国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所物質科学研究センター, 研究主幹 (00343939) 今井正樹国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所先端基礎研究センター, 研究職 (10796329) 矢野雅大国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所先端基礎研究センター, 研究職 (30783790) 松尾衛国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所先端基礎研究センター, 客員研究員 (80581090) 立石健一郎国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (80709220)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	ベリー位相 / バーネット効果 / 磁気共鳴
Outline of Final Research Achievements	We report the observation of the Barnett field, rotational Doppler effect, and Berry phase using the rotating nuclear quadrupole resonance (NQR) method. We have developed coil-spinning techniques that enable us to systematically study the effects of rotation in setups involving rotation of the signal detector, rotation of the sample, and simultaneous rotation of both the signal detector and sample. Applying these setups to NQR measurements, we observe NQR line splittings in which the spectral structures are clearly distinct among the setups. By analyzing these structures, we clarify the origin of the NQR line splittings and discuss the relationship between the rotational Doppler effect, Barnett field effect, and Berry phase in terms of the rotational degrees of freedom, such as the relative rotation and the sample rotation itself, and the observation frame of reference.
Free Research Field	スピントロニクス
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究によって、学術界で論争となっていた、回転座標系においてスピンには慣性場に相当するバーネット磁場という有効磁場が生じることが証明された。本成果はスピンメカトロニクスの基礎となる原理を示したものであり、非慣性系の物性物理の基礎学理の根本となるものである。