スピントロニクスを利用した革新的核磁気共鳴法の開拓

利用自旋电子学开发创新核磁共振方法

基本信息

批准号：
22K18686
负责人：
吉川貴史
金额：
$ 4.08万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、核スピンの持つ高コヒーレンス性に基づく核磁気共鳴（NMR）と高い操作性・機能性をもつスピントロニクス技術とを融合させた新しい分光学の開拓に取り組む。本研究を通じて、電気的に核スピン励起を変調・検出する新しい科学技術の創出を目指す。本年度は主に以下の2課題について研究を進めた。（1）広帯域マイクロ波反射NMR分光の開拓：スピントロニクス分野で幅広く用いられている広帯域マイクロ波反射分光法により、金属薄膜試料のNMRの検出に成功した。試料として高核スピン核種55Mnを含む金属薄膜NiMnSbを用い、様々な温度でマイクロ波分光の測定を行った所、温度5 K以下の低温において、55Mn核のNMR周波数300 MHz帯に明瞭なマイクロ波吸収を見出した。また系統測定により、NiMnSb中の55Mn核及び電子スピン共鳴スペクトルの磁場分散の全貌を明らかにした。本手法に基づけば、共鳴周波数や磁場分散に関する情報を従来よりも詳しく且つ容易に得ることができ、今後、従来のパルスエコーNMR法との相補利用等の展開も期待できる。（2）電流誘起NMR励起・検出法の開拓：上記の測定で利用したNiMnSbは反転対称性の破れた金属であり、電流を流すことにより非平衡スピン蓄積が生じる系である。このスピン蓄積が超微細相互作用を通じて、核スピンにトルクを与えることで、核磁気共鳴が引き起こせる可能性がある。この原理に基づき、電流誘起NMRの測定を行った所、低温下で有意な信号を見出すことに成功した。この振る舞いは低温下における核スピン分極率の増大と整合しており、電流誘起NMRの信号であることを強く示唆していると言える。

在这项研究中，我们将开发一种新的光谱学，它将基于核自旋的高相干性的核磁共振（NMR）和具有高可操作性和功能性的自旋电子学技术相结合。通过这项研究，我们的目标是创造新的科学技术来电调制和检测核自旋激发。今年，我们主要开展了以下两个课题的研究。（1）宽带微波反射核磁共振谱的发展：利用宽带微波反射谱成功地检测了金属薄膜样品中的核磁共振，该技术在自旋电子学领域得到了广泛的应用。使用含有高核自旋核素 55Mn 的 NiMnSb 金属薄膜作为样品，在不同温度下进行微波光谱测量。在 5 K 或更低的低温下，在 55Mn 核的 300 MHz NMR 频带中观察到清晰的微波。我发现了吸收。此外，系统测量揭示了NiMnSb中55Mn核的磁场色散和电子自旋共振谱的完整图像。基于这种方法，可以比以前更详细、更容易地获得有关共振频率和磁场色散的信息，我们可以预期它的使用在未来将成为传统脉冲回波核磁共振方法的补充。（2）发展电流感应核磁共振激发和检测方法：上述测量中使用的NiMnSb是一种反演对称性破缺的金属，是一种在施加电流时会发生非平衡自旋积累的体系。这种自旋积累可能通过超精细相互作用向核自旋施加扭矩而引起核磁共振。基于这一原理，我们进行了电流感应核磁共振测量，并成功地发现了低温下的重要信号。这种行为与低温下核自旋极化率的增加一致，强烈表明它是电流诱导的 NMR 信号。