Helium Spintronics

氦自旋电子学

基本信息

批准号：
21K18607
负责人：
白濱圭也
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。2022年度は、2021年度に続いて本研究を行うための希釈冷凍機装置の開発を行った。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。このような超低温度は希釈冷凍機、または希釈冷凍機と核断熱消磁装置の組み合わせにより実現可能であるが、近年の液体ヘリウムの入手難により、従来の冷凍装置の運用が困難となった。このため、現有の希釈冷凍機をパルスチューブ冷凍機と結合させて、無冷媒希釈冷凍機として動作させることを試みた。希釈冷凍機ユニットを4K程度まで予冷する機構として、ヘリウムガスを循環する装置の開発を行った。21年度までの装置を全面的に作り直し、4Kで1.5Wの冷凍能力を有するGM冷凍機を2台装着した装置を新たに開発した。現在その冷却試験を開始したところである。スピン流検出実験については、液体の流速と金属壁として用いる白金膜の厚みを検討して具体的な実験条件を決定し、それに基づいたスピンホール電流の詳細な見積と実験装置の設計を行った。実験装置としては、超流動特性の測定に用いられるねじれ振動子の容器壁を白金膜でコートして、ねじれ振動で誘起される振動流によりスピン流を生成する手法を計画している。さらに、多孔性を有する金属を液体ヘリウムの流路に用いることで、渦度および乱流状態を生成するという新たな着想を得た。この方法におけるスピン流検出の可能性について、検討を行った。

该研究旨在发展液氦中的自旋电子学，旨在开发在液体 3He 和 3He-4He 混合液体中产生涡旋诱导的 3He 核自旋电流，以及在铂等金属壁中产生电子自旋空穴电流。开发技术进行转换继2021年之后，我们在2022年开发了稀释制冷装置来进行这项研究。本研究中的实验需要低于 10 mK 的低温，在此温度下液态 3He 和 3He-4He 混合物可以充分发生费米简并。这种超低温可以使用稀释制冷机或稀释制冷机和核绝热消磁器的组合来实现，但最近获得液氦的困难使得传统制冷设备的操作变得困难。为此，我们尝试将现有的稀释制冷机与脉冲管制冷机结合起来，将其作为无制冷剂稀释制冷机运行。我们开发了一种循环氦气的装置，作为将稀释制冷机预冷至 4K 左右的机构。到2021年使用的设备已全部改造，并开发了新设备，配备两台4K制冷量为1.5W的通用冰箱。我们目前正在开始冷却测试。关于自旋电流检测实验，我们综合考虑了液体的流速和作为金属壁的铂膜的厚度，确定了具体的实验条件，并在此基础上对自旋霍尔电流进行了详细的估算，并设计了实验设备。至于实验设备，我们正在计划一种方法，其中用于测量超流体特性的扭转振荡器的容器壁涂有铂膜，并且通过扭转振动引起的振荡流产生自旋电流。此外，通过在液氦的流道中使用多孔金属，他们提出了产生涡量和湍流的新想法。我们研究了使用这种方法进行自旋电流检测的可能性。