ディラック電子流体におけるスピン流生成現象の観測

狄拉克电子液中自旋流产生现象的观察

• 批准号: 20K22343
• 负责人: 岡野 元基
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-09-11 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K22343/
• 关键词: スピン流; スピン渦度結合; ディラック流体; スピントロニクス; グラフェン

近年、電子のスピン角運動量の流れであるスピン流を活用したスピントロニクスが注目されており、スピン流生成の物理がスピン軌道相互作用(SOI)に基づき理解されている。一方で最近、新たなスピン流生成機構として“巨視的な回転運動”と“電子スピン”との相互作用であるスピン渦度結合が注目されている。 本研究計画では巨視的な回転(渦)が現れる舞台としてグラフェンに注目した。初年度は、六方晶窒化ホウ素を下地とした高移動度グラフェン素子の微細加工における条件出しを行い、冷凍機の立ち上げを行うことで、電気特性測定を実施できた。またスピン流の検出用の強磁性体の磁気抵抗効果の温度依存性などのデータも得ることができ、グラフェンにおいて生成されたスピン流を検出するための土台を整えた。２年目となる本年度（４ヶ月間）は初年度に立ち上げた低温測定系の改良を行なった。初年度は低温下でのグラフェンの電気伝導特性を調べたが、スピン流の定量測定のためにはサンプルを物理的に回転させる必要がある。そこで、冷凍機内部のサンプルホルダーに回転機構を備え付けるための部品の設計を行なった。また、スピン流検出実験に用いるために、１６端子のケーブルを接続するためのスイッチボックスおよび、サンプルホルダーを用意した。さらにグラフェン中に電流渦が発言する条件を決める非局所電圧測定のために、グラフェン膜をホールバー形状に加工した素子を作製した。さらにMathematicaを用い、作製した素子構造中の電子粘性流体分布のシミュレーションを行い、実験を行うパラメータの範囲を決定した。またグラフェンにおける電子流体は、電子とホールとが共存したプラズマ流体という側面ももつ。この系は、高エネルギー物理学分野との共通点を持ち、極限環境下での物理を物質中で検証できる可能性がある。そのような他分野への発展も見据えた調査も実施した。

近年来，利用自旋电流（即电子自旋角动量流动）的旋转型物质吸引了人们的注意力，并且根据自旋轨道相互作用（SOI）了解了自旋电流的物理学。另一方面，最近，自旋涡度耦合，这是“宏观旋转运动”和“电子自旋”之间的相互作用，作为一种新的自旋当前生成机制，人们一直在引起人们的注意。该研究项目的重点是石墨烯是出现宏观旋转（涡旋）的环境。在第一年，确定了使用六角硼作为底座的高弹性石墨烯元件进行精细加工的条件，并启动了冰箱以测量电气特性。此外，可以获得铁磁材料的磁磁性效应诸如检测自旋电流的温度依赖性，并制备了检测石墨烯中产生的自旋电流的基础。今年，第二年，即今年（四个月），在第一年推出的低温测量系统上已得到改善。在第一年，在低温下检查了石墨烯的电导率，但是对于定量自旋电流测量值，样品必须进行物理旋转。因此，我们设计了一个用于在冰箱内的样品支架中安装旋转机构的零件。此外，准备一个用于连接16末端电缆的开关盒和样品支架，以用于自旋电流检测实验。此外，对于确定当前涡流在石墨烯中说话的条件的非本地电压测量值，通过将石墨烯膜处理成孔形状来制造元素。此外，使用Mathematica，模拟了制造设备结构中电子粘性流体的分布，以确定进行实验的参数范围。此外，石墨烯中的电子流体还具有等离子流体，电子和孔在其中并存。该系统与高能物理领域具有相似之处，并且有可能在材料中极端环境中验证物理。我们还进行了一项旨在发展到其他领域的调查。