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。

这项研究将致力于开发一种新的光谱法，该光谱学结合了核磁共振（NMR），基于核自旋与Spintronic技术的高相干性，该技术具有高可操作性和功能。通过这项研究，我们旨在创建新的科学技术，以电气调节和检测核旋转激发。今年，我们主要对以下两个问题进行了研究：（1）宽带微波反射NMR光谱法的开发：金属薄膜样品的NMR检测使用宽带微波反射光谱成功，该光谱广泛用于旋转基质领域。使用金属薄膜NIMNSB进行微波光谱，该膜含有高核自旋核素为样品，在5k或以下的低温下，在55MN核的300 MHz NMR频带中发现了清晰的微波吸收。此外，系统的测量结果揭示了NIMNSB中55MN核和电子自旋谐振光谱的磁场分散体的全部程度。基于这种方法，有关共振频率和磁场色散的信息可以比以前更详细，更容易获得，并且预计将来可以与常规的脉冲回声NMR方法一起开发互补使用。（2）开发电流诱导的NMR激发和检测方法：上述测量中使用的NIMNSB是一种带有倒对象的金属，是一个系统，在该系统中，当传递电流时发生非平衡自旋积累。这种自旋积累可以通过超铁相互作用将扭矩施加到核自旋，从而引起核磁共振。基于此原理，当测量电流诱导的NMR时，我们能够在低温下找到明显的信号。这种行为与低温下的核自旋极化性的增加是一致的，并且可以说这是电流诱导的NMR信号。