Fundamental theory of high-frequency ultrasonic resonance as a new probe for unknown spin-quadrupole condensed matter physics

高频超声共振基础理论作为未知自旋四极凝聚态物理的新探针

基本信息

批准号：
21K03466
负责人：
古賀幹人
金额：
$ 2.08万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

令和4年度の前半は、令和3年度に引き続き、NV中心と呼ばれるダイヤモンド内窒素－空孔複合体の空孔スピン状態に関して、本研究の独自の視点である磁場方向分解超音波共鳴の基礎理論の構築に専念した。この研究によって、NV中心において未確定のままであった、スピン－格子歪み相互作用の結合定数を定量的に評価する新たな方法を提案するとともに、実際の超音波測定についての実験提案も行った。特に、2個のフォノンが絡む超音波共鳴の強度が、NV軸の周りに回転する外磁場の角度に強く依存することを明らかにした研究成果は重要である。また、令和4年度の後半では、スピン制御を目指した実験研究が急速に進展しているシリコン・カーバイド（SiC）のSi欠陥に生じるスピン状態について、これまでの理論研究の拡張として磁場方向分解超音波共鳴の研究を行った。Si欠陥に生じるスピンは格子歪みと強く結合し、超音波によるスピン制御が期待されるもう1つの候補である。空孔スピン状態として、NV中心の基底状態はスピン三重項であるのに対し、SiCの場合はスピン四重項であることが知られている。2020年に報告された磁場回転によるスピン音波共鳴の測定を受け、実験の解析では考慮されていない結晶の対称性を本研究の理論で考慮した。これにより、未確定のスピン－格子歪み相互作用の結合定数を評価する解析方法を提案する。令和3年度から取り組んできたNV中心に関する研究成果は、学術論文として出版され、日本物理学会でも成果発表を行った。本年度のSiCに関する研究成果については、学術論文として投稿準備中である。

在《令和 4》的前半部分，继《令和 3》之后，我们将重点关注磁场方向分辨超声共振的基础知识，这是本研究的独特视角，涉及金刚石中氮-空位复合物的空位自旋状态，称为他致力于建立NV中心。通过这项研究，我们提出了一种定量评估NV中心尚未确定的自旋-晶格应变相互作用耦合常数的新方法，并提出了实际超声测量的实验。特别是，揭示涉及两个声子的超声波共振强度强烈依赖于围绕NV轴旋转的外部磁场的角度的研究结果非常重要。此外，在2020年下半年，我们将进行磁场方向分解，作为先前对碳化硅（SiC）中Si缺陷中出现的自旋态理论研究的延伸，其中针对自旋控制的实验研究正在迅速进展。从事超声波共振研究。硅缺陷中产生的自旋与晶格应变紧密耦合，使其成为使用超声波进行自旋控制的另一个有希望的候选者。已知空位自旋态是NV中心基态的自旋三重态，而SiC中是自旋四重态。针对2020年报道的磁场旋转引起的自旋声共振的测量，该研究的理论考虑了晶体的对称性，而实验分析中并未考虑这一点。基于此，我们提出了一种分析方法来评估未确定的自旋-晶格应变相互作用的耦合常数。我们自2021年以来一直致力于NV中心的研究成果已作为学术论文发表，并且该成果也在日本物理学会上进行了展示。今年的SiC研究成果目前正在准备以学术论文形式提交。