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東北大、半導体を構成する原子核のスピン状態を顕微鏡で観察し分数量子ホール液体と核スピンの相互作用を解明

発表日:2017年2月3日

原子核スピンの状態を顕微鏡で観察

~分数量子ホール液体と核スピンの相互作用を解明~

<概要>

東北大学大学院理学研究科の遊佐剛准教授、ジョン・ニコラス・ムーア博士課程後期学生、国立研究開発法人物質・材料研究機構(以下 NIMS)の間野高明主幹研究員、野田武司グループリーダーの研究グループは、強磁場、極低温環境で動作する走査型偏光選択蛍光分光顕微鏡(注1)と核磁気共鳴(NMR)を組み合わせ、半導体を構成する原子核のもつスピン(核スピン)(注2)の偏極状態や緩和時間を高い空間分解能で撮像することに成功しました。本成果は、電子の特殊な状態である分数量子ホール液体と核スピンの相互作用を解明する重要な成果です。

本研究成果は、専門誌Physics Review Letters誌(オンライン版)に2017年2月6日(米国東部時間)掲載される予定です。また、同誌のEditors' Suggestion(注目論文)にも選ばれました。

本研究の成果は、東北大学とNIMSの共同研究によって得られました。また、三菱財団自然科学研究助成「ナノスケールイメージング法の物性物への応用」、文部科学省 科学研究費補助金 基盤研究(A)「半導体ナノ構造のおける集団量子情報処理の実証」、丸文財団交流研究助成、東北大学国際高等研究教育機構研究教育院生制度などの補助によって得られました。

<研究背景>

核磁気共鳴(NMR)とは、磁場中に置かれた原子核(核スピン)がラジオ波帯(注3)の電磁波と相互作用する現象です。原子核から放出される電磁波を測定するNMR分光法(注4)は、物質の分析や分子構造を特定する手法として物理、化学、生物など幅広い科学の分野で用いられています。また、このNMRを基本原理とする磁気イメージング法(MRI)は、対象となる試料を破壊せずに内部の三次元画像を取得することができるため、病院などの医療現場で病巣の撮像に利用されています。通常のMRIは一般的に感度が低く、ミリメートル以下の微小領域を撮像するのは不向きなため、今回の研究対象となっている半導体ナノ構造(注5)の核スピンを探索するための手法として、通常のMRIと異なる原理を用いてマイクロメートル、ナノメートルスケールの撮像を可能にする磁気イメージング法が、さまざまな研究機関で研究されています。

※リリース詳細は添付の関連資料を参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

リリース詳細

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0435448_01.pdf

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