Fundamental theory of high-frequency ultrasonic resonance as a new probe for unknown spin-quadrupole condensed matter physics

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令和4年度の前半は、令和3年度に引き続き、NV中心と呼ばれるダイヤモンド内窒素－空孔複合体の空孔スピン状態に関して、本研究の独自の視点である磁場方向分解超音波共鳴の基礎理論の構築に専念した。この研究によって、NV中心において未確定のままであった、スピン－格子歪み相互作用の結合定数を定量的に評価する新たな方法を提案するとともに、実際の超音波測定についての実験提案も行った。特に、2個のフォノンが絡む超音波共鳴の強度が、NV軸の周りに回転する外磁場の角度に強く依存することを明らかにした研究成果は重要である。また、令和4年度の後半では、スピン制御を目指した実験研究が急速に進展しているシリコン・カーバイド（SiC）のSi欠陥に生じるスピン状態について、これまでの理論研究の拡張として磁場方向分解超音波共鳴の研究を行った。Si欠陥に生じるスピンは格子歪みと強く結合し、超音波によるスピン制御が期待されるもう1つの候補である。空孔スピン状態として、NV中心の基底状態はスピン三重項であるのに対し、SiCの場合はスピン四重項であることが知られている。2020年に報告された磁場回転によるスピン音波共鳴の測定を受け、実験の解析では考慮されていない結晶の対称性を本研究の理論で考慮した。これにより、未確定のスピン－格子歪み相互作用の結合定数を評価する解析方法を提案する。令和3年度から取り組んできたNV中心に関する研究成果は、学術論文として出版され、日本物理学会でも成果発表を行った。本年度のSiCに関する研究成果については、学術論文として投稿準備中である。