Investigation of nuclear spin-current science and nuclear thermoelectric conversion

本研究は、原子核スピンとスピン流物性を繋ぐ新たな学問領域「核スピン流科学」を建設するものである。本年度は主に以下の3課題について研究を進めた。1.電流誘起核スピン流非局所輸送の開拓：Pt/MnCO3/Ptからなる微細加工素子を作製し、核スピン流の非局所輸送測定を希釈冷凍機で行った。Pt細線の一方に電流を流すことで生じるスピン蓄積（スピンホール効果）を入力としてMnCO3中の核スピン流を駆動し、その輸送効果をもう一方のPt出力端子で電気的に検出した。すると意義深いことに、超低温域まで信号が発達し、核スピンゼーベック効果と整合する温度依存性が観測された。これは固体中の核スピン流駆動とその電気的検出が実現されたことを示唆している。2.核スピン波分光学の開拓：本研究で構築した、低温・強磁場対応の広帯域マイクロ波反射分光システムを高核スピン核種55Mnを含む金属薄膜（NiMnSb）に適用し、明瞭な核磁気共鳴（NMR）の観測に成功した。本手法に基づけば、核スピンの共鳴周波数や磁場分散に関する情報を従来よりも簡便且つ詳細に得ることができる。これは核スピントロニクスを開拓する上での新しいアプローチを提供するだけでなく、今後、従来のパルスエコーNMR法との相補利用等の高い波及効果が期待できる。3.物質開拓：核スピン流を担う物質群の開拓のため、徐冷法に基づき55Mn核を含む高核スピン材料AMnX3(A=Cs, X=Cl)の合成及び、金属薄膜試料の作製を行った。これらを上記2の研究に適用し、核スピン波励起の観測に成功した。またこのアプローチが遍歴電子を舞台とした核スピン現象の開拓につながるなど、意義深い進展があった。引き続き、本課題の測定班と密に議論しながら、試料合成を進めていく。

本研究は、原子核スピンとスピン流物性を繋ぐ新たな学問領域「核スピン流科学」を建設するものである。本年度は主に以下の3課題について研究を進めた。1.電流誘起核スピン流非局所輸送の開拓：Pt/MnCO3/Ptからなる微細加工素子を作製し、核スピン流の非局所輸送測定を希釈冷凍機で行った。Pt細線の一方に電流を流すことで生じるスピン蓄積（スピンホール効果）を入力としてMnCO3中の核スピン流を駆動し、その輸送効果をもう一方のPt出力端子で電気的に検出した。すると意義深いことに、超低温域まで信号が発達し、核スピンゼーベック効果と整合する温度依存性が観測された。これは固体中の核スピン流駆動とその電気的検出が実現されたことを示唆している。2.核スピン波分光学の開拓：本研究で構築した、低温・強磁場対応の広帯域マイクロ波反射分光システムを高核スピン核種55Mnを含む金属薄膜（NiMnSb）に適用し、明瞭な核磁気共鳴（NMR）の観測に成功した。本手法に基づけば、核スピンの共鳴周波数や磁場分散に関する情報を従来よりも簡便且つ詳細に得ることができる。これは核スピントロニクスを開拓する上での新しいアプローチを提供するだけでなく、今後、従来のパルスエコーNMR法との相補利用等の高い波及効果が期待できる。3.物質開拓：核スピン流を担う物質群の開拓のため、徐冷法に基づき55Mn核を含む高核スピン材料AMnX3(A=Cs, X=Cl)の合成及び、金属薄膜試料の作製を行った。これらを上記2の研究に適用し、核スピン波励起の観測に成功した。またこのアプローチが遍歴電子を舞台とした核スピン現象の開拓につながるなど、意義深い進展があった。引き続き、本課題の測定班と密に議論しながら、試料合成を進めていく。