核スピン-機械振動コヒーレント結合科学の開拓
【研究キーワード】
スピントロニクス / 核スピン / 機械振動 / フォノン / スピンゼーベック効果
【研究成果の概要】
本研究では、機械振動子などのマクロな力学運動からスピン励起・スピン流生成をしたり、逆にスピン励起・スピン流から力学運動を生み出す未開拓の現象群の開拓を行う。さらに、微小振動子の共振周波数に迫る低周波特性をもつ核スピンも取り入れた新しい学術の端緒を見出す。
本年度は、電子スピン系のスピン流を入力として機械振動を引き起こす新しい現象「スピン流体積効果」の実証に成功した(Nature Communications, in press)。試料には、大きなスピンホール効果を示す重金属Pt, W薄膜と高磁歪材料の接合系を用い、重金属層に流した電流方向及びスピンホール角(すなわち金属に生じるスピン蓄積方向)に応じて符号変化する磁性体材料中の体積変化を観測することに成功した。これは磁気体積効果(磁場下において磁性体の体積が変化する現象)のスピン流版といえる。理論計算との比較からスピン流注入による磁化揺らぎの変調とスピン-格子結合が重要な役割を担っていることが見出された。
また、前年度に立ち上げたMnCO3系の電子スピン波・核スピン波に対するスペクトロスコピー技術を金属系も含めたより広範囲な物質群へと拡張させるセットアップの構築を行った。絶縁性のよいモデル物質であるMnCO3とは異なり、表皮効果を無視できない金属系の核スピン波励起の観測と制御は一般に難しく、実際、核スピン波励起を明瞭に観測した例は極めて限られている。我々はスピントロニクス技術で広く利用されているブロードバンドFMR法にもとづく核スピン励起の観測方法を開拓し、金属系物質の核スピン波励起のシグナルを見出すことに成功した。
【研究代表者】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【配分額】18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)