核スピン角運動量を用いたスピントロニクスの革新的研究

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01800
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 中堂 博之 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 先端基礎研究センター, 研究主幹 (30455282)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: NMR / NQR / 核バーネット効果 / 磁性流体 / 核アインシュタインドハース効果

研究実績の概要

R4年度に引き続き、R3年度にPhysical Review Bに出版した回転によるNQRスペクトルの分裂という内容をさらに発展させた研究を行った。この効果には回転に伴って生じるバーネット磁場や、回転に伴うベリー位相が関係しており、NMRにおいてもこの効果は発現するはずである。NMRにおいてコイル回転法を応用し、磁場と回転方向の角度依存性を測定したところ、バーネット効果とベリー位相が競合した新規な量子状態に対応するスペクトルの分裂を発見した。スピン1/2は回転運動とカップルする事で新たに擬スピン1/2に相当する自由度を生成することが分かった。また、この二つのスピンは独立した量子ゲート操作が可能であるのみならず、2スピン間で量子ゲート操作が可能であることを理論的に示した。R5年度は、この内容をまとめた論文を国際有力誌に投稿している段階である。 磁性流体のバーネット効果において、試料の回転数よりも粒子の回転数の方が倍以上大きくなっていることが明らかとなった。R5年度はこの効果に流体力学的な解釈を与え、国際有力誌へ投稿している段階である。R4年度に引き続き、核アインシュタイン・ドハース効果の実証に向けてさらなる除振性能向上を試みた。現状では、環境振動由来の振動ノイズは最も良い条件で一時的に10の-3乗°程度まで押さえられているが、この状態を恒常的に作りだすことが難しかった。そこで装置一式を振動ノイズ環境の小さい建屋の地下に移設し、除振性能を評価している段階である。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Temperature-variable apparatus for measuring Barnett field (2023)
  • 著者名/発表者名: Umeda Maki、Chudo Hiroyuki、Imai Masaki、Sato Nana、Saitoh Eiji
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 94 ページ: 063906
  • DOI: 10.1063/5.0142318
  • 査読あり