ダイヤモンド量子センサー、熱によって励起された「磁気フロー」検出

最近の持続可能な開発は、環境問題、エネルギー危機、情報通信技術に関する研究の最も重要なガイドラインになりました。 この点で、スピントロニックデバイスは、小型デバイスで過度の廃熱発生問題に直面している既存の技術を凌駕する有望な候補となった。 材料の電気的および磁気的特性を担う電子「スピン」は、次世代のエネルギー効率と小型スピントロニックデバイスを開発するために使用されます。 この新技術の中心には、スピン励起波の量子である「マグノン」があり、これらの感知はこの分野のさらなる発展に核心です。 最近、スピントロニクスの分野では、スピンと熱流の相互作用に基づくデバイスが、新しい熱電素子（熱を電気に変換するデバイス）の潜在的な候補として浮上しました。

一方、基本的に隣接する格子公共と対になる窒素原子からなる点欠陥であるダイヤモンドのNV(nitrogen-vacancy)中心は高解像度量子センサーの核心として浮上しました。 興味深いことに、最近NVセンターが一貫したマグノンを検出できることが証明されています。 しかしながら、熱マグノンはＮＶ中心のスピン状態よりもはるかに高いエネルギーを有し、相互作用を制限するので、ＮＶ中心を使用して熱によって熱励起されたマグノンを検出することは困難である。

今発表された共同研究で 物理レビューが適用されました、日本科学技術研究所（JAIST）の東武アン副教授とDwi Prananto、Ph.D。 JAISTを卒業した日本の京都大学、日本国立材料科学研究所の研究チームは、ダイヤモンドベースの量子センサーを使用して磁気絶縁体であるイットリウム鉄ザクロ石（YIG）でこのエネルギーマグノンを成功裏に感知しました。 NVセンター。

この偉業を達成するために、チームは熱的に励起されたマグノンを検出する間接的な方法で、一貫した低エネルギーマグノンとNVセンターとの間の相互作用を使用しました。 その結果、熱マグノンによって生成された電流は、NVセンターで捕捉できるトルクを加えて低エネルギーマグノンを修正します。 したがって、この方法はコヒーレントマグノンの変化を観察して熱マグノンを検出する方法を提供します。

これを実証するために、研究者はサンプル表面の最後に2つの金のアンテナを持つYIGガーネットサンプルを設定し、表面に近いサンプルの中央に小さなダイヤモンドセンサーを配置しました。 その後、マイクロ波を使用して、サンプルのコヒーレントマグノンに対応する低エネルギースピン波を設定し、サンプル全体に温度勾配を生成し、熱マグノンを生成した。 もちろん、ダイヤモンドセンサーは、誘導された熱マグノン電流によるコヒーレントマグノンの変化を検出しました。

NVセンターで熱マグノンを検出する能力は特に有利である。 An博士は次のように説明します。 「私たちの研究は、局所的にスピン波から幅広い距離にわたって配置することができる熱マグノン電流の検出ツールを提供します。これは不可能です。する既存の技術を使用します。

この発見は、量子センシングの新しい可能性を開くだけでなく、スピンカロリー電子工学との統合のための道を開くことができます。 「私たちの研究は、熱源によって制御されるスピントロニックデバイスの基礎を置くことができます」とAn博士は言います。

日本科学技術院提供