日本的综合科学研究机构中子科学中心社本真一科学协调员和该机构松浦直人次长，与新潟大学理学部的赤津光洋助教和日本原子能研究开发机构原子能科学研究部门先端基础研究中心的家田淳一研究主任等人组成的研究团队，通过组合使用超声波和中子的新实验方法，成功确认被广泛用作工业磁性材料的钇铁石榴石（YIG）可在100K以上的温度下抑制自旋-晶格耦合。
寻找自旋-晶格耦合物质的新实验方法概念图（供图：原子能研究开发机构（JAEA））
已知在自旋电子学中可利用超声波通过磁性体发电，但尚未充分掌握其起源。因此研究团队向自旋塞贝克效应研究中常用的YIG晶体照射超声波，通过中子准弹性散射法调查了自旋响应。结果发现，中子散射的信号强度在低温和室温附近之间存在巨大差异。详细调查其温度变化确认，在晶体轴向施加纵向超声波时，温度达到100K以上后信号明显减少，与自旋塞贝克效应造成的电压开始下降的温度一致。
此次的方法通过超声波振动晶格（演奏晶格），通过中子检测了仅对自旋敏感的磁布拉格尖峰的变化（聆听自旋的音响），从而直接调查了自旋与晶格的结合程度（自旋晶格耦合）。这种自旋晶格耦合在100K以上的温度下急剧减弱，导致晶格的振动难以传递给自旋，被认为是阻碍自旋发电效率提高的主要因素。
另一方面，超声波作为分离电波的过滤器已被应用于手机技术，但此前完全没有调查过其在磁性体中子散射实验中的效果。此外，尽管中子散射擅长调查晶格振动和自旋振动，但一直未完全深入到晶格间的耦合中。利用此次的成果，外场不但可用超声波，还能利用中子调查各种物质的自旋-晶格耦合，实现了探索更强的自旋-晶格耦合物质的新实验方法。
社本科学协调员表示：“利用开发的实验方法直接了解了自旋-晶格耦合，并发现其与起源密接相关。今后将利用该方法探索具有强自旋-晶格耦合的物质，以发现效率更高，发电量更大的磁性体。”
【论文信息】
发表期刊：Physical Review Research
论文题目：Magnetic Bragg peak enhancement under ultrasound injection
DOI：10.1103/PhysRevResearch.4.013245
URL：journals.aps.org/prresearch/pdf/10.1103/PhysRevResearch.4.013245
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
