Helium Spintronics

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18607
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: Shirahama Keiya 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70251486)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 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 / ヘリウム3 / スピン流 / 白金

Outline of Final Research Achievements

This study aims to create a coupled system of liquid helium-3 with and electrons in the solid wall of the liquid container. It will open up the new field of helium spintronics. When liquid helium-3 flows along a wall of metal, say platinum, the vorticity due to the velocity gradient in liquid is generated, and it may be converted to spin current of 3He. We will attempt to observe the inverse spin Hall currents generated by the penetration of the 3He spin current into the metal wall. We have developed a torsional oscillator for measuring superfluid properties with a platinum wall that enables to measure inverse spin Hall current. In a preliminary flow experiments using liquid 4He in a microslit structure, we have observed multiple phase-slip phenomena caused by quantized vortices. Developing these experiments, we aim to realize controlling quantum phase of neutral superfluids by electric means.

Free Research Field

低温物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、量子液体・強相関系としての液体ヘリウムをスピントロニクスの研究対象と考え、その実験手法の開発を試みるものである。液体ヘリウムの研究は、物理学における多様な基本概念の確立に重要な貢献をなしてきた。ヘリウム3が核スピン1/2を有することから、ヘリウム3中のスピンの流れースピン流ーを金属壁内の電子に転送し、電気的に中性なヘリウムの性質を電気的に研究・制御する画期的な方法を生み出すことを目的とする。本研究は超流動を始めとする量子物質の理解に貢献するだけでなく、液体ヘリウムを用いた新しい量子デバイスにも発展する可能性を有している。