東京大学
高エネルギー加速器研究機構
J-PARCセンター
発表のポイント
- 量子磁性体のスピン波寿命を磁場で制御することに世界で初めて成功しました。
- スピン波寿命に関する研究はこれまで数多くありましたが、寿命を制御するのは初めての試みです。
- 外場からの寿命制御が可能になったことで、量子磁性体がスピン流制御の新しいスイッチデバイスとなることが期待されます。
発表概要
東京大学物性研究所の大学院生長谷川舜介氏、菊地帆高氏（ともに研究当時、東京大学大学院新領域創成科学研究科博士課程）と益田隆嗣准教授の研究グループは、高エネルギー加速器研究機構（KEK）物質構造科学研究所の伊藤晋一教授と共同で、量子磁性体RbFeCl3のスピン波寿命を磁場により制御することに成功しました。
スピン流は絶縁体でも存在し、電荷の移動を伴わないためエネルギー損失のない流れとして注目されています。スピン流をエレクトロニクスのように利用するには、スピン波の安定性の制御が有効です。
研究グループは、スピン波の安定性、スピン間の相互作用の強さ、磁性体の基本的性質をミクロなレベルで理解するため、中性子散乱を用いて量子磁性体RbFeCl3を詳細に調べました。これまでは、個々の量子磁性体において、スピン波の安定性の研究がなされていました。本研究では、RbFeCl3という量子磁性体に着目し、磁場中でスペクトル輝線（モード）がどのように変化するか調べました。その結果、磁場がない状態ではシャープなモード（長寿命）が磁場を加えることでよりブロード（短寿命）になり、さらに強い磁場を加えると再びシャープ（長寿命）になることを見出しました。つまり、量子磁性体のスピン波寿命が磁場で制御可能であることが実証されました。量子磁性体のスピン波寿命制御を活用することで、次世代電子デバイスへの応用が期待されているスピン流制御の新しいスイッチング機構となり得ます。
本成果は、英国科学雑誌『Nature Communications』の1月11日付オンライン版に掲載されました。
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