界面原子レベル制御によるスピンポンピング効率の系統的研究と高効率スピン源の開拓

• Project/Area Number: 11J08245
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(実験)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 吉野 達郎 東北大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: スピントロニクス / スピン流 / スピン波 / 交換相互作用 / スピンダイナミクス / 強磁性共鳴 / スピンポンピング / スピンホール効果

Research Abstract

スピントロニクス分野において、スピン角運動量の流れであるスピン流が注目を集めている。前年度研究者は、スピン流の電磁現象の測定システムを構築することで、スピン波スピン流の磁性絶縁体中のスピン―電気変換現象を初めて観測した。研究者はイットリウムガーネット(磁性絶縁体)のバルクに金属電極(金薄膜)を有するコンデンサ構造を作成した。マイクロ波分光測定を用いることによって、スピン波スピン流を励起し、磁性絶縁体中に電気分極を発現させ、発現した分極電流を、金属電極を通じて検出した。そして新たに磁性絶縁体中のスピン―電気変換現象の起源について考察を行った。強磁性・強誘電性などの特性を複数有し、磁場による電気分極の応答など新奇な応答現象が起こるマルチフェロイックスが盛んに研究されており、この起源はジャロシンスキー・守谷相互作用にあり、スピンの非共線的な配列が重要なことが判明している。スピン波は、スピンが空間的にねじれている励起状態である。スピン波の励起から、動的なジャロシンスキー・守谷相互作用によって、電気分極が発現すると考えられる。また、今回観測した信号の起源は動的なジャロシンスキー・守谷相互作用に起因するものとして、スピン―電気変換現象の効率に関する係数を求めた。それに加えて、直流磁場の角度依存性などを測ることによって、磁性絶縁体内のスピン―電気変換現象であることをきちんと確認した。また、系の対称性を考慮することによって、この現象が既に発見されているスピン-電気変換現象である逆スピンホール効果と分離できた。さらに、試料を一様に励起することによって、この現象がスピン波に由来する現象であることを裏付けた。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Current-induced spin polarization on a Pt surface (2013)
  • Author(s): A. Kawasuso, Y. Fukaya, M. Maekawa, H. Zhang, T. Seki, T. Yoshino, E. Saitoh, K. Takanashi
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume: 342 Pages: 139-143
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Geometry dependence on inverse spin Hall effect induced by spin pumping in Ni_<81>Fe_<19>/Pt films (2012)
  • Author(s): H. Nakayama, K. Ando, K. Harii, T. Yoshino, R. Takahashi, Y. Kajiwara, K. Uchida, Y. Fujikawa, and E. Saitoh
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 85 Issue: 14
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.144408
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interface induced inverse spin Hall effect in bismuth/permalloy bilayer (2012)
  • Author(s): D. Hou, Z. Qiu, K. Harii, Y. Kajiwara, K. Uchida, Y. Fujikawa, H. Nakayama, T. Yoshino, T. An, K. Ando, X. Jin, and E. Saitoh
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 101 Issue: 4 Pages: 0424031-4
  • DOI: 10.1063/1.4738786
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhancement of spin-Seebeck voltage by spin-Hall thermopile (2012)
  • Author(s): K. Uchida, T. Nonaka, T. Yoshino. T. Kikkawa, D. Kikuchi, and E. Saitoh
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 5 Issue: 9 Pages: 093001-093001
  • DOI: 10.1143/apex.5.093001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thickness dependence of spin pumping at YIG/Pt interface (2012)
  • Author(s): T. Tashiro, R. Takahashi, Y. Kajiwara, K. Ando, H. Nakayama, T. Yoshino, D. Kikuchi, and E. Saitoh
  • Journal Title: Proceedings of SPIE Volume: 8461 Pages: 846106-846106
  • DOI: 10.1117/12.930833
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] All-oxide system for spin pumping (2012)
  • Author(s): Z. Qiu, Y. Kajiwara, K. Ando, Y. Fujikawa, K. Uchida, T. Tashiro, K. Harii, T. Yoshino, and E. Saitoh
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 100 Issue: 2
  • DOI: 10.1063/1.3675463
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Scaling fit of spin pumping in various ferromagnetic materials (2012)
  • Author(s): T. Yoshino, K. Ando, Y. Kajiwara, H. Nakayama, and E. Saitoh
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 111 Issue: 7
  • DOI: 10.1063/1.3670462
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical determination of spin mixing conductance at metal/insulator interface using inverse spin-Hall effect (2012)
  • Author(s): R.Takahashi, R.Iguchi, K.Ando, H.Nakayama, T.Yoshino, E.Saitoh
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: Vol.111 Issue: 7
  • DOI: 10.1063/1.3673429
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suppression of Spin Pumping in the Presence of Thin Titanium Interface (2012)
  • Author(s): H. Nakayama, T. Tashiro, R. Takahashi, Y. Kajiwara, T. Ohtani, K. Ando, R. Iguchi, K. Uchida, T. Yoshino, and E. Saitoh
  • Journal Title: Key Engineering Materials Volume: 508 Pages: 347-352
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.508.347
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Universality of the spin pumping in metallic bilayer films (2011)
  • Author(s): T.Yoshino, K.Ando, K.Harii, H.Nakayama, Y.Kajiwara, E.Saitoh
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: Vol.98 Issue: 13
  • DOI: 10.1063/1.3571556
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inverse spin-Hall effect induced by spin pumping in metallic system (2011)
  • Author(s): K.Ando, S.Takahashi, J.Ieda, Y.Kajiwara, H.Nakayama, T.Yoshino, K.Harii, Y.Fujikawa, M.Matsuo, S.Maekawa, E.Saitoh
  • Journal Title: Journal of applied physics Volume: 103 Issue: 10
  • DOI: 10.1063/1.3587173
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Frequency Dependence of Spin Pumping in Pt/Y3Fe5O12 Film (2011)
  • Author(s): K.Harii, T.An, Y.Kajiwara, K.Ando, H.Nakayama, T.Yoshino, E.Saitoh
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 109 Issue: 11 Pages: 1161051-3
  • DOI: 10.1063/1.3594661
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Observation of spin-charge conversion in magnetic insulator (2014)
  • Author(s): T. Yoshino, K. Takamura, E. Saitoh
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2014-03-17
• [Presentation] Material dependence of the spin pumping in metallic bilayer films (2013)
  • Author(s): T. Yoshino, K. Ando, Y. Kajiwara, H. Nakayama, E. Saitoh
  • Organizer: Annual ASPIMATT meeting
  • Place of Presentation: Westin Belleve Dresden (Dresden, Germany)
  • Year and Date: 2013-07-04
• [Presentation] スピンポンプ誘起スピン流の物質依存性 (2012)
  • Author(s): 吉野達郎
  • Organizer: スピントロニクス合同研究会
  • Place of Presentation: 水上市(招待講演)
  • Year and Date: 2012-06-30
• [Presentation] Universality of the spin pumping in ferromagnetic material/Pt bilayer films (2011)
  • Author(s): T.Yoshino, K.Ando, H.Nakayama, E.Saitoh
  • Organizer: IMR/Korea University Student Joint Seminar
  • Place of Presentation: Korea University (Seoul, Korea)
  • Year and Date: 2011-12-12
• [Presentation] Material dependence of the spin pumping in metallic bilayer films (2011)
  • Author(s): T.Yoshino, K.Ando, K.Harii, H.Nakayama, Y.Kajiwara, E.Saitoh
  • Organizer: Magnetism and Magnetic Materials Conference
  • Place of Presentation: JW Marriott Desert Ridge (Scottsdale, Arizona, USA)
  • Year and Date: 2011-11-02
• [Presentation] Ni_<1-x>Fe_x/Pt薄膜におけるスピンポンプ誘起スピン流の物質依存性 (2011)
  • Author(s): 吉野達郎, 安藤和也, 中山裕康, 齊藤英治
  • Organizer: 日本磁気学会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ(新潟県)
  • Year and Date: 2011-09-29
• [Presentation] Guideline for spin current generation in Ni_<1-x>Fe_x/Pt bilayer films using inverse spin-Hall effect and spin pumping (2011)
  • Author(s): T.Yoshino, K.Ando, K.Harii, Y.Kajiwara, E.Saitoh
  • Organizer: IEEE International Magnetics Conference
  • Place of Presentation: Taipei World Trade Center Hall (Taipei, Taiwan)
  • Year and Date: 2011-04-26