| 研究課題/領域番号 |
21K18607
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分13:物性物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
白濱 圭也 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70251486)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
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| キーワード | 物性物理 / スピントロニクス / 低温物性 / 量子流体固体 / ヘリウム / スピン流 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、液体ヘリウムにおけるスピントロニクスの開拓を目指し、新しい実験手法を開拓する。液体3Heは核スピン1/2を持ち、常流動と超流動状態の両方でスピン流を生じる。白金容器壁に沿って3Heを流すと、速度勾配で生じる渦度が核スピン流に変換される。このスピン流が白金壁に浸入して生じるスピンホール電流の観測を試みる。これはヘリウムの流れを電気的に検出する挑戦的な試みである。またスピンのない4Heに3Heを混合した系でも、スピン流や強磁性渦の検証を試みる。将来はこの逆過程、すなわちスピンホール電流から核スピン流への変換を実証することで、超流動体の電気的制御の実現と、量子情報技術への応用を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、液体ヘリウムにおける核スピントロニクスの開拓を目指して、液体3Heおよび3He-4He混合液中で渦度生成により誘起される3He核スピン流を、白金に代表される金属壁中の電子スピンホール電流に変換する技術の開発を行うものである。2023年度は、2022年度に続いて本研究を行うための無冷媒希釈冷凍機装置の開発を行うとともに、ヘリウム3によるスピン流生成を観測するため、白金を内壁とするヘリウム流路を有するねじれ振動子を用いた粘性計の製作を行った。
本研究の実験には、液体3Heおよびおよび3He-4He混合液が十分にフェルミ縮退する10mK以下の低温が必要となる。液体ヘリウム寒剤が高騰し入手困難な状況で極低温環境を得るため、現有の希釈冷凍機を無冷媒希釈冷凍機に改造する作業を進めた。1台は10mK程度が生成可能で、下記の白金薄膜ねじれ振動型粘性計を装着可能である。またこれとは別に小型GM冷凍機を利用した無冷媒希釈冷凍機を準備し、白金薄膜の伝導特性等の予備的測定に利用する予定である。さらに低い温度を得るため、PrNi5核断熱消磁装置を有する希釈冷凍機についても、無冷媒化の準備を進めている。
液体3Heの流れにより誘起されるスピン流を観測するため、前年度に行ったスピンホール電流の見積に基づき、市販の白金薄膜を流路内壁に装着したねじれ振動型粘性計を開発製作した。今後、上述の希釈冷凍機に装着し、実験を開始する予定である。
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