齊藤研究室

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研究分野

量子ナノ機械

スピン・ナノメカニクス

スピンを駆使し、量子力学の原理で動く夢のナノマシンを作ろうとしています。当研究室が提唱したこの分野は、未来の量子物理学の方向性を示しています。 スピンは電子が持つ量子力学的角運動量であり、スピン流はその角運動量を特定の場所に運ぶことが出来ます。そのためスピン流の注入によって、機械運動を駆動させることが可能です。 MEMS/NEMS技術を駆使し、連続体の回転運動をスピン流によって駆動したり、運動からスピン流や電流を取り出すための物理原理の研究を行っています。また、力学運動はミクロには物質の格子振動と考えることができるため、フォノンと電子の間での角運動量のやり取りという素過程を解明することに繋がります。

垂直磁化膜から液体金属への力学的スピントルクの概念図

核スピントロニクス

原子核のスピンと回転運動を利用したスピントロニクス効果を研究しています。電子のスピンは磁気モーメントとして、外部から試料に印加された磁場に向きを揃えます。 同様に試料を力学的に回転すると、スピンの磁気モーメントは回転軸の向きに揃えます。これはバーネット効果と呼ばれ、電子よりも核スピンに対して大きな作用を及ぼすことが期待されています。当研究室では、核スピンに対する回転の効果を、理論・実験の両面から調べて、既に核バーネット効果の検出に成功しております(JAEA先端基礎研究センターと共同)。

核磁気共鳴によるバーネット効果の測定

量子機械の基礎理論

電流はU(1)の大局的ゲージ対称性に基づく保存量であり、そのネーターカレントとして記述されます。 この電荷と結合するゲージ場がU(1)の局所対称性から、電磁場として導か れます。 同様にスピン流と連続体運動の結合を理論的に表現するためには、非慣性系を含む一般座標変換を導入したブロッホ電子理論が必要であり、 これは本質的に一般相対論の一部を固体物理導入することにあたります。当研究室ではスピン流と力学運動を融合させるべく、一般相対論を含む形で物性理論を拡張した場の理論体系を構築しています。また、これを利用したスピントロニクスの基礎理論体系の拡張、数値シミュレーションも行っています(JAEA先端基礎研究センターと共同)。

磁化、回転、スピン流の関係性

研究テーマ

  • ナノスピンメカニクス・MEMS物性
  • 流体スピントロニクス
  • 音響・フォノンスピントロニクス
  • 核バーネット効果
  • MEMS応用技術・プロセス技術の開発