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相対論的効果を導入したスピン依存伝導の理論と第一原理計算手法の確立

Research Project

Project/Area Number 10J06092
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Applied materials science/Crystal engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

小田 洋平  東北大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2010 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2012: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords遷移金属合金 / 結晶磁気異方性 / スピンホール効果 / 第一原理計算 / スピン軌道相互作用 / 異方性磁気抵抗 / スピン軌道相互用 / スピン依存伝導
Research Abstract

本年度の研究では、密度汎関数法に基づく物質の電子状態の第一原理計算により、電子のスピン軌道相互作用に起因する物理特性・現象である結晶磁気異方性、および、スピンホール効果の物質依存性を明らかにした。具体的には、高磁気異方性が期待されるL10型構造のFePt, CoPt, FePd, MnAl規則合金、および、正方晶Fe-Co合金に着目し、その結晶磁気異方性エネルギーをスピン軌道相互作用に関する二次摂動のエネルギー変化を見積もることによって評価・分析を行った。その結果、FePtやCoPt合金ではPt原子の大きなスピン軌道相互作用によって結晶磁気異方性がもたらされているのに対し、FeCoやMnAl合金ではスピン軌道相互作用は小さいものの結晶磁気異方性の発現に有利なバンド構造を有していることが分かった。ただし、本来は不規則合金であるFe-Co合金では、電子の散乱に基づく寿命を無視できず、それが結晶磁気異方性に重大な影響を与えることが明らかになった。特に、FeCoやMnAl合金の結晶磁気異方性のメカニズムが解明されたことは、将来、希土類・貴金族などの希少元素を用いない新しい磁石材料を理論的に設計するための指針として重要な成果である。さらに、同じスピン軌道相互作用を起源とする非磁性金属のスピンホール効果にも着目し、Pd-Ag、Pd-Pt、Pt-Au合金のスピンホール伝導度、および、電流-スピン流変換効率の指標となるスピンホール角の定量評価を行った。その結果、高濃度合金では内因性機構に基づくスピンホール効果によって高いスピンホール角が期待され、高効率な電流-スピン流変換が期待できることを示した。本研究によって得られた成果は優れた特性を有する磁石材料や電流-スピン流変換材料の開発に大きく貢献するものである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

昨年度までに構築した結晶磁気異方性や電気伝導度テンソルの第一原理計算の手法の枠組みを応用し、本年度では遷移金属合金の結晶磁気異方性エネルギーやスピンホール伝導度の計算を実行した。その結果から、実際に高特性を有する材料を開発するための指針を提案し、当初の研究目標を達成することができたと言える。さらに、最近1・2年の間に急激に重要性を増している希少元素フリーの磁気異方性材料の開発に関する研究にも取り組み一定の成果を上げることができた。したがって、本年度は当初の計画以上に研究が進展したと判断できる。

Report

(3 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (30 results)

All 2013 2012 2011 2010

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 10 results) Presentation (20 results)

  • [Journal Article] Direction and Size of Ir Magnetic Moment Induced in MnIr/Co_<1-x>Fe_x Exchange Bias Bilayers from Resonant X-ray Magnetic Scattering Experiments at the Ir L_3 Absorption Edge2013

    • Author(s)
      N. Hosoito, K. Kodama, R. Yamagishi, H. Takahashi, Y. Kota, A. Sakuma, and M. Tsunoda
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 82 Issue: 3 Pages: 034711-034711

    • DOI

      10.7566/jpsj.82.034711

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      2012 Annual Research Report
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    • Author(s)
      Y. Kota, A. Sakuma
    • Journal Title

      Journal of the Magnetics Society of Japan

      Volume: 37 Issue: 2 Pages: 17-23

    • DOI

      10.3379/msjmag.1302R001

    • NAID

      130003369159

    • ISSN
      1882-2924, 1882-2932
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Relationship between magnetocrystalline anisotropy and orbital magnetic moment in L1_0-type ordered and disordered alloys2012

    • Author(s)
      Y. Kota, A. Sakuma
    • Journal Title

      Journal of Physical Society of Japan

      Volume: 81 Issue: 8 Pages: 084705-084705

    • DOI

      10.1143/jpsj.81.084705

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    • Author(s)
      Y. Kota, A. Sakuma
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 5 Issue: 11 Pages: 113002-113002

    • DOI

      10.1143/apex.5.113002

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      Y.Kota, A.Sakuma
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      Volume: 111

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    • Author(s)
      Y.Kota, A.Sakuma
    • Journal Title

      J.Magn.Soc.Jpn.

      Volume: 35 Pages: 374-379

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    • Author(s)
      Y.Kota, A.Sakuma
    • Journal Title

      IEEE Trans.Magn.

      Volume: 47 Pages: 4405-4408

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    • Author(s)
      H.Takahashi, Y.Kota, M.Tsunoda, T.Nakamura, K.Kodama, A.Sakuma, M.Takahashi
    • Journal Title

      J.Appl.Phys.

      Volume: 110

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      Y.Kota, A.Sakuma
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      Journal of Physics : Conference Series

      Volume: 200

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    • Author(s)
      C.Mitsumata, Y.Kota, A.Sakuma, M.Kotsugi
    • Journal Title

      Journal of the Magnetic Society of Japan

      Volume: 35 Pages: 52-55

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      兵頭一茂、小田洋平、佐久間昭正
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      小田洋平、佐久間昭正
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      日本物理学会第68回年次大会
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      広島大学
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      2013-03-26
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  • [Presentation] Theoretical verification of magnetocrystalline anisotropy in tetragonal Fe-Co alloys2012

    • Author(s)
      Y. Kota, A. Sakuma
    • Organizer
      International Conference of the Asian Union of Magnetics Societies
    • Place of Presentation
      奈良県新公会堂
    • Year and Date
      2012-10-04
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Pt-substitution effects to enhance uniaxial magnetic anisotropy in L1_0-ordered FeNi alloys2012

    • Author(s)
      K. Hyodo, Y. Kota, C. Mitsumata, A. Sakuma
    • Organizer
      International Conference of the Asian Union of Magnetics Societies
    • Place of Presentation
      奈良県新公会堂
    • Year and Date
      2012-10-02
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    • Author(s)
      Y. Kota, A. Sakuma
    • Organizer
      International Conference on Magnetism
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      釜山(韓国)
    • Year and Date
      2012-07-09
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  • [Presentation] Uncompensated magnetic moment around Mn_3Ir/Fe-Co-Ni bilayer interface2012

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      Y. Kota, H. Takahashi, M. Tsunoda, A. Sakuma
    • Organizer
      International Conference on Magnetism
    • Place of Presentation
      釜山(韓国)
    • Year and Date
      2012-07-09
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  • [Presentation] Microscopic origin of uncompensated antiferromagnetic moments in Mn-Ir/Fe-Co-Ni bilayers2012

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      H. Takahashi, Y. Kota, M. Tsunoda, T. Nakamura, K. Kodama, A. Sakuma, M. Takahashi
    • Organizer
      International Magnetics Conference
    • Place of Presentation
      バンクーバー(カナダ)
    • Year and Date
      2012-05-08
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      小田洋平, 佐久間昭正
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      日本物理学会第67回年次大会
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    • Year and Date
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      大兼幹彦, 水上成美, 窪田崇秀, 小田洋平, 佐久間昭正, 永沼博, 安藤康夫
    • Organizer
      第183回日本磁気学会研究会
    • Place of Presentation
      中央大学
    • Year and Date
      2012-03-22
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  • [Presentation] Electronic structure and magnetic anisotropy in FePt out of L1_0 ordering2011

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      Y.Kota, A.Sakuma
    • Organizer
      56^<th> Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
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      Scottsdale, AZ, USA
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      小田洋平, 三俣千春, 佐久間昭正
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      第35回日本磁気学会学術講演会
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      小田洋平, 佐久間昭正
    • Organizer
      第35回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      新潟コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-28
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      小田洋平, 佐久間昭正
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      東京
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    • Year and Date
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      第34回日本磁気学会学術講演会
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      2010-09-06
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      大兼幹彦, 小田洋平, 窪田崇秀, 水上成美、永沼博, 佐久間昭正, 安藤康夫
    • Organizer
      第34回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2010-09-06
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      2010 Annual Research Report

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Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

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