Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

スピングラス / スピン流 / エイジング現象 / スピンポンピング / 強磁性共鳴 / スピン拡散長 / ミキシングコンダクタンス / ベクトル流 / メモリー効果 / ドロップレット描像 / スピンホール効果 / 異常ホール効果 / リエントラントスピングラス / メゾスコピックスケール

磁性原子がランダムに配列した磁性体であるスピングラスでは、低温でスピンが凍結し、エイジング現象やメモリー効果などの特徴的な記憶現象を示す。しかし、その詳細については不明な点が多い。本研究では、スピン配列の詳細な情報を得るためにスピン流の利用に注目した。これは、スピン流がスピンの方向とスピンが流れる方向の二つの量を持つベクトル量であり、スピングラス中のスピンと直接相互作用してスピン配列の有用な情報をもたらし得るためである。スピン流を用いてスピングラスの低温相での挙動を解明することを目的に研究を進めた。
強磁性FeNi層/中間Cu層/スピングラスAgMn層の3層構造をスパッタ法により作成し、強磁性層の強磁性共鳴を利用したスピンポンピングによるスピングラス層への非局所スピン流注入を試みた。比較のため、スピングラス層を含まない強磁性FeNi層/中間Cu層の2層構造も作成した。中間層は強磁性相とスピングラス層の間に交換結合が生じさせないために挿入した。マイクロ波を薄膜に対して垂直方向に、掃引磁場を薄膜に対して平行方向に印加し、低温での強磁性共鳴のスペクトルの半値幅の温度依存性を調べた。その結果、3層構造試料の半値幅はすべての温度領域で2層構造試料の半値幅より大きく、これはスピングラス層に注入されたスピン流が吸収されることにより生じるものと考えられる。また、2つの試料での半値幅の差はスピングラス転移温度近傍で極小を示した。この特徴は、スピングラス転移温度以下で、スピン拡散長が急激に低下するか、またはミキシングコンダクタンスが増大することで解釈される。現在のところ、この両者のどちらが支配的であるのかについては明らかではないが、スピングラス相と常磁性相ではスピン流の挙動が異なることがわかった。

スピングラス / メゾスコピック / エイジング現象 / ドロップレット描像 / 磁場相関長 / スーパースピングラス / 異常ホール効果 / トンネル素子 / エイジング / 微細加工 / トンネル磁気抵抗 / 無磁場中測定 / ドロップレット

スピングラスが示すスローダイナミクスに生じるエイジング現象は、低温相でのスピングラスの振舞を解明する手がかりとなる。この現象は、ドロップレット理論により、スピンが作るドメインの熱活性化プロセスに基づいて説明されている。このドメインのサイズに関して、これまで直接的な知見が得られていない。本研究では、空間サイズをメゾスコピックなサイズに制限することで、ドメインサイズなどのエイジングと関連する空間サイズを直接的に評価することを目的とする。
高さ200nm、径100〜200nmの柱状パターンが形成された石英基板上に厚さ100nmのスピングラスAgMnを堆積させた。パターンを持つ試料と通常の薄膜試料で磁化率の温度依存性を比較すると、磁化率がピークを示す温度は、パターンを持つ試料の方で低温に現れ、さらにより小さなパターンを持つ試料においてピークは低温側にシフトした。また、磁化の緩和を測定すると、パターンサイズが小さな試料では飽和が認められたが、通常の薄膜試料では飽和は見られなかった。これはサイズが有限である場合には、有限時間内に系が平衡状態に達することを意味する。一方、磁場中で磁場中冷却磁化と零磁場冷却磁化が一致する温度を調べた結果、1000e以上でパターンがある試料と通常の薄膜試料との間に差がみられなくなった。これは、1000e以上では磁場相関長がパターン試料のサイズより小さくなるために、両者の差が見られなくなったものと解釈され、磁場中ではスピングラス秩序は磁場相関長以上のサイズで不安定であることを示唆する結果である。
また、サイズに依存するエイジング現象をより高感度で検出するために、粒子問距離を制御した強磁性微粒子集合体を用いたスーパースピングラスを作製し、さらに異常ホール効果を用いて、微細な単一領域でのスピングラス挙動を観測する手法を開発した。

非フェルミ液体 / 超伝導 / スピン液体 / スピングラス / 重い電子系 / 幾何学的フラストレーション / カイラリティ / 二次元磁性 / 三角格子 / 量子臨界現象 / モット転移 / 二次元三角格子 / パイロクロア / 重い電子 / スピンアイス / 異常ホール効果

新しい量子液体として超伝導、非フェルミ液体、スピン液体を取り上げ、以下の研究を行ってきた。
(1)新物質β-YbA1B_4を開発し、純良単結晶の育成に成功し、この物質がYb化合物の重い電子系として初の超伝導体であり、転移点直上で明瞭な非フェルミ液体性を示すことを明らかにした。超伝導特性からスピン揺らぎによる異方的超伝導が示唆される。
(2)三角格子磁性体NiGa_2S_4については自らの物質合成と物性測定、共同研究によるNMR,μSR実験から10Kでの明確な相転移を経て低温でMHz程度の揺らぎをもつ粘性の高いスピン液体状態が形成される可能性を見出した。2K以下のスピン凍結状態で現れる比熱のT^2則が不純物スピンサイズの偶奇性に依存することを発見した。これは比熱のコヒーレントな振る舞いに対する量子揺らぎの重要性を示唆する。

【研究分担者】
牧英之	慶應義塾大学	理工学部	助教	(Kakenデータベース)