Innovative study of the spintronics using the angular momentum of nuclear spins

利用核自旋角动量进行自旋电子学的创新研究

基本信息

批准号：
21H01800
负责人：
中堂博之
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

R4年度は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、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、この二つのスピン間で量子演算が可能であることを理論的に示した。この内容をまとめた論文はほぼ完成しており、現在投稿準備中である。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。この効果をNMRにおいて測定する予定であったが、NMR信号は確認できなかった。磁性流体に使用されている粒子径はナノサイズであるため表面の割合が多くスペクトルがブロードニングしているためと思われる。昨年度の予算で購入した600nmCWレーザーを用いて、核スピンからのスピン流生成の実証実験に取り組んだ。その前段階として、まずは試料にレーザーを照射しペンタセンを光学励起三重項状態にした状態からの緩和過程でスピン流が生成するかを確認したが現状スピン流を確認するには至らなかった。スピン流を検出するには白金薄膜を試料に貼り付ける必要があるが、ペンタセンをドープした単結晶試料が脆く、研磨がうまくできていない事が考えられる。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、現状ではこの状態を恒常的に作りだすことが難しい。

在R4年，我们进一步发展了R3年发表在Physical Review B上的NQR谱因旋转分裂的内容，应用了NMR中的线圈旋转方法，测量了磁场和旋转方向的角度依赖性，并发现这是巴尼特效应，我们发现了与具有竞争贝里相的新量子态相对应的光谱分裂。研究发现，通过将自旋 1/2 与旋转运动耦合，可以生成与伪自旋 1/2 相对应的新自由度。我们还从理论上证明了这两个自旋之间的量子操作是可能的。总结此内容的论文已基本完成，目前正在准备提交。已经清楚的是，在磁流体的巴尼特效应中，颗粒的旋转速度是样品旋转速度的两倍以上。我们计划使用 NMR 测量这种效应，但无法确认 NMR 信号。这被认为是因为磁性流体中使用的颗粒是纳米尺寸的，占表面积的很大比例，导致光谱展宽。使用去年预算购买的 600nm 连续激光器，我们进行了一项演示实验，以从核自旋产生自旋电流。作为初步步骤，我们首先用激光照射样品，以确认并五苯的光激发三重态弛豫过程中是否产生自旋电流，但目前我们还无法确认自旋电流。为了检测自旋流，需要在样品上附着铂薄膜，但掺杂并五苯的单晶样品可能很脆，无法很好地抛光。我们试图进一步提高隔振性能，以证明核爱因斯坦-德哈斯效应。目前，环境振动产生的振动噪声在最佳条件下可以暂时抑制在10-3°左右，但目前很难永久维持这一条件。