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

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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。