単一量子ビットセンサーによる新しい量子材料発見手法(Single-qubit sensing puts new spin on quantum materials discovery)

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2025-03-04 オークリッジ国立研究所 (ORNL)

オークリッジ国立研究所(ORNL)の研究チームは、ナノスケールの量子センサーを用いて、磁性材料内の高速スピンゆらぎを測定する新たな手法を開発しました。これにより、従来の方法では検出が難しかった温度依存の磁気特性やスピンゆらぎの変化を詳細に観察することが可能となりました。この手法は、スピントロニクスや量子コンピューティングなどの分野での応用が期待されています。

<関連情報>

高キュリー温度強磁性体におけるナノスケール磁気秩序ダイナミクス Nanoscale Magnetic Ordering Dynamics in a High Curie Temperature Ferromagnet

Yueh-Chun Wu,Gábor B. Halász,Joshua T. Damron,Zheng Gai,Huan Zhao,Yuxin Sun,Karin A. Dahmen,Changhee Sohn,Erica W. Carlson,Chengyun Hua,Shan Lin,Jeongkeun Song,Ho Nyung Lee,and Benjamin J. Lawrie
Nano Letters  Published January 13, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05401

Abstract

単一量子ビットセンサーによる新しい量子材料発見手法(Single-qubit sensing puts new spin on quantum materials discovery)

Thermally driven transitions between ferromagnetic and paramagnetic phases are characterized by critical behavior with divergent susceptibilities, long-range correlations, and spin dynamics that can span kHz to GHz scales as the material approaches the critical temperature Tc, but it has proven technically challenging to probe the relevant length and time scales with most conventional measurement techniques. In this study, we employ scanning nitrogen-vacancy center based magnetometry and relaxometry to reveal the critical behavior of a high-Tc ferromagnetic oxide near its Curie temperature. Cluster analysis of the measured temperature-dependent nanoscale magnetic textures points to a 3D universality class with a correlation length that diverges near Tc. Meanwhile, the temperature-dependent spin dynamics, measured through all optical relaxometry suggest that the phase transition is in the XY universality class. Our results capture both static and dynamic aspects of critical behavior, providing insights into universal properties that govern phase transitions in magnetic materials.

1700応用理学一般
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