化合物半導体における核磁性の研究

• 研究課題/領域番号: 08454065
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 松木 征史 京大, 化学研究所, 助教授 (50037941)
• 研究期間 (年度): 1996 – 1997
• 研究課題ステータス: 完了 (1997年度)
• 配分額: 8,700千円 (直接経費: 8,700千円); 1997年度: 4,500千円 (直接経費: 4,500千円); 1996年度: 4,200千円 (直接経費: 4,200千円)
• キーワード: 化合物半導体 / 核磁性 / レーザー冷却 / 核スピン秩序状態 / 核スピン偏極

研究概要

化合物半導体Inpの格子核^<115>Inについて、パルス核磁気共鳴法による自由減衰信号を観測して、約3Kで動的自己核偏極相転移が生じていることを確認した。2.3Kでの核スピン偏極度は約30%であった。3Kの相転移温度は電子のスピン緩和の影響を受けたものであり、緩和の影響を無視して、超微細相互作用(HFI)のみの大きさから予想される相転移温度約5.4Kよりも低い。この結果はまた、以前の不安定核^<114>Inについての結果とも照応するものである。相転移温度以下での、特に2K付近での核スピン偏極度は全体として30%程度であるが、ドナー原子を中心とする領域では50%を越えていると予想され、スピン温度に換算すると、10^<-6>K以下となっている。レーザーを照射して核スピンの偏極を生成している段階では、HFIが大きく寄与し、磁場を100G以下に下げれば、双極子相互作用の効果とHFIの競合による秩序状態の実現が期待出来る。また、双極子相互作用のみによる秩序状態の実現は、100G程度で核偏極を生成したのちレーザーを切ってHFIを無くした上で、局所磁場(数G)まで断熱消磁してやれば、可能であると考えられる。実際この場合に予想される達成スピン温度は10^<-8>K程度である。
このような核の秩序状態の実現の観測には、自由減衰振動は不利であり、早い断熱通過(AFP法)の観測がより適当である。このため、AFP法の観測系を整備した。また、格子系をより低温にするために、液体ヘリューム3による冷却クライオスタツト系も整備した。これらの装置系により、動的自己核偏極法であらかじめスピン温度を下げておき、核断熱消磁で更に冷却して、従来の方法よりも簡便に、核の秩序状態の実現を目指している。