スピン－フラクトロニックスの開拓

自旋先驱分形电子学

• 批准号: 18J21304
• 负责人: Chen Yao
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J21304/
• 关键词: スピン流; スピンパイエル転移; 超伝導渦糸; 整流効果; スピンパイエルス物質

令和２年度は主にスピンパイエル物質のトリプロンスピン流に関しての研究を行った。反強磁性的な交換相互作用を持つスピン1/2の一次元鎖が低温で格子変形を起こし、ボンド交替の鎖構造が実現される。転移後のスピン系の基底状態は最近接のスピンがS=0の一重項ダイマーを組む相で、基底状態からのスピン励起はギャップを持つスピン１のトリプロン励起である。本研究はスピンパイエル転移を持つCuGeO3(CGO)を用いて縦型スピンゼーベック効果によるトリプロンスピン流の観測を行った。スピン鎖と垂直の(001)面に常磁性金属Pt薄膜を成膜した後、磁場を面内に印加することでスピンゼーベック効果の測定を行った。その結果、CGO/Pt試料におけるスピンゼーベック由来の電圧信号がスピンパイエル相のみで観測された。また、以下の対照実験も行った：１．従来の磁性体のマグノンスピン流の実験をCGOと同じセットアップで行った。マグノンスピン流とトリプロンスピン流による信号が逆符号であることを確認できた。２．非磁性不純物のZnを１％と３％を含んだCGOを作製し、スピンゼーベックの対照実験を行った。Zn-CGOが純CGOよりも大きいな磁化を持つにも関わらず、純CGOサンプルと比べて信号が強く抑制された。この実験によって、観測された信号がその他のトリビアルのメカニズムに由来することを排除できる。３．観測された信号の結晶軸依存性も調べた。熱流（したがってトリプロンの駆動方向）をスピン鎖と垂直に印加する場合、信号の大きな(~1/20)抑制を観測した。CGOの一次元性が強く、鎖間を跨ぐ輸送が鎖を沿う輸送と比べると著しく弱いと考えられる。実験の他に緩和時間近似のボルツマン方程式を用いて、トリプロンスピンゼーベック効果を理論的に計算し、実験で観測された信号の磁場依存性を定性的に再現できた。

2020年，我们主要进行自旋Peyer材料中三重子自旋电流的研究。具有反铁磁交换相互作用的一维自旋 1/2 链在低温下发生晶格变形，形成键交替链结构。跃迁后自旋系统的基态是最近的自旋形成S=0的单重态二聚体的相，基态的自旋激发是具有间隙的自旋1的三重态二聚体。在这项研究中，我们利用具有自旋派尔跃迁的 CuGeO3 (CGO) 观察到由于垂直自旋塞贝克效应而产生的三重子自旋电流。在垂直于自旋链的（001）平面上沉积顺磁金属 Pt 薄膜后，我们通过在该平面上施加磁场来测量自旋塞贝克效应。结果，仅在自旋派尔相中观察到 CGO/Pt 样品中自旋塞贝克衍生的电压信号。还进行了以下对照实验： 1．我们使用与 CGO 相同的设置对传统磁性材料中的磁振子自旋电流进行了实验。已证实磁振子自旋流和三重子自旋流产生的信号具有相反的符号。 2.我们制备了含有 1% 和 3% Zn（一种非磁性杂质）的 CGO，并进行了自旋塞贝克控制实验。尽管 Zn-CGO 的磁化强度比纯 CGO 更大，但与纯 CGO 样品相比，信号受到强烈抑制。这个实验使我们能够排除观察到的信号源自其他微不足道的机制。 3.还研究了观察到的信号对晶轴的依赖性。当垂直于自旋链施加热流（以及三联体的驱动方向）时，我们观察到信号的较大（~1/20）抑制。 CGO具有很强的一维性，跨链传输被认为明显弱于沿链传输。除了实验之外，我们还使用玻尔兹曼方程从理论上计算了三联自旋塞贝克效应，该方程近似弛豫时间，并且能够定性地再现实验中观察到的信号的磁场依赖性。

项目成果

Crystalline dependence of spin transmission in Cr2O3 thin films

Cr2O3 薄膜中自旋传输的晶体依赖性

• DOI: 10.1016/j.jmmm.2019.166362
• 发表时间: 2020
• 影响因子: 2.7
• 作者: Qin Jingu;Hou Dazhi;Chen Yao;Saitoh Eiji;Jin Xiaofeng
• 通讯作者: Jin Xiaofeng

Triplon spin current in a spin Peierls system CuGeO3

自旋 Peierls 系统 CuGeO3 中的三重子自旋流

• 发表时间: 2020
• 作者: Y. Chen; M. Sato; Y. Tang; Y. Shiomi; M. Fujita;E. Saitoh.
• 通讯作者: E. Saitoh.