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スピン軌道相互作用が起こすスピン依存伝導現象の理論

Research Project

Project/Area Number 12J08946
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(理論)
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

竹内 祥人  東京大学, 大学院工学系研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2012 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2012: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywordsスピン軌道相互作用 / 非可換ゲージ場 / スピンガルバニック効果 / スピンホール効果 / スピントロニクス / ラシュバ相互作用 / スピントルク / スピン波 / トロイダルモーメント
Research Abstract

近年、時間や空間的に変化するスピン軌道相互作用の実現が可能となってきており、この時間や空間に依存するスピン軌道相互作用下における電子スピンの運動を理解することが必要となってきている。
本年度は、スピン軌道相互作用が非可換ゲージポテンシャルとして扱えることに着目し、スピン軌道相互作用下において電磁場により誘起される電子スピン密度およびスピン流のゲージ共変な表式を解析的に求めた。非可換ゲージ理論により、スピン軌道相互作用の時間微分は有効的なYang-Mills電場、また空間微分は磁場として働く。それにより、通常のU(1)電磁場とスピン軌道相互作用によるSU(2)のYang-Mills電磁場を用いて結果を整理することに成功した。その中でYang-Mills磁場とU(1)電場によるホール効果の項に着目すると、この項がスピンホール効果と逆スピンガルバニック効果のよく知られた2つの現象に対応することが判明した。Yang-Mills磁場には、U(1)の磁場とは異なり非可換性から現れる成分が存在し、その非可換の効果からスピンホール効果が、また通常の空間微分の成分から逆スピンガルバニック効果が得られる。今まで別々に考えられてきた現象が、本研究によりSU(2)×U(1)ホール効果であることが明らかになり、スピントロニクス現象の統一的な理解にまたひとつ前進したと言えよう。
また得られた結果から、逆スピンガルバニック効果の空間依存性についても解析を行った。そして、そのふるまいがスピン軌道相互作用の大きい極限と小さい極限とで異なることが明らかになった。両者は空間的に一様なスピン軌道相互作用の下で異なるふるまいを見せるが、印加した電流についても一様な極限でのみ一致する。この結果は、スピン制御の観点で今後重要になってくることが考えられる。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Proposal for an active electromagnetic metamaterial based on spin-torque oscillators2013

    • Author(s)
      Gen Tatara, Hiroaki T. Ueda, Katsuhisa Taguchi, Yuta Sasaki, Miyuki Nishijima, Akihito Takeuchi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: VOL.87 Issue: 15

    • DOI

      10.1103/physrevb.87.155102

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Magnetic Monopole Generated by Spin Damping with Spin-Orbit Coupling2012

    • Author(s)
      Akihito Takeuchi, Gen Tatara
    • Journal Title

      Journal of Physics : Conference Series

      Volume: VOL.400 Issue: 4 Pages: 042058-042058

    • DOI

      10.1088/1742-6596/400/4/042058

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Monopoles in ferromagnetic metals2012

    • Author(s)
      Gen Tatara, Akihito Takeuchi, Noriyuki Nakabayashi, Katsuhisa Taguchi
    • Journal Title

      Journal of Korean Physical Society

      Volume: VOL.61 Issue: 9 Pages: 1331-1348

    • DOI

      10.3938/jkps.61.1331

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 磁化ダイナミクスにより生じる磁気モノポール2012

    • Author(s)
      竹内 祥人, 多々良 源
    • Journal Title

      固体物理

      Volume: VOL.47 Pages: 255-265

    • NAID

      40019369106

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrical spin manipulation in spin-orbit coupling systems2014

    • Author(s)
      Akihito Takeuchi, Naoto Naeaosa
    • Organizer
      American Physical Society March Meeting 2014
    • Place of Presentation
      Colorado Convention Center(デンバー、米国)
    • Year and Date
      2014-03-05
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] スピン軌道相互作用系における電気的なスピン生成2013

    • Author(s)
      竹内 祥人, 永長 直人
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島県)
    • Year and Date
      2013-09-26
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] スピン軌道相互作用が起こす電子スピンの伝導現象2013

    • Author(s)
      竹内 祥人
    • Organizer
      第58回物性若手夏の学校
    • Place of Presentation
      InterContinetal Chicago(シカゴ, 米国)
    • Year and Date
      2013-08-14
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Asymmetric spin-wave dispersion induced by Rashba spin-orbit interaction2013

    • Author(s)
      Akihito Takeuchi, Naoto Nagaosa
    • Organizer
      7th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology
    • Place of Presentation
      白浜荘(滋賀県高島市)
    • Year and Date
      2013-07-31
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] ラシュバ相互作用が起こす非対称なスピン波の分散2013

    • Author(s)
      竹内 祥人, 永長 直人
    • Organizer
      日本物理学会 第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学(広島県)
    • Year and Date
      2013-03-28
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Emergence of magnetic monopole in magnetic systems with spin-orbit coupling2012

    • Author(s)
      Akihito Takeuchi, Gen Tatara
    • Organizer
      19th International Conference on Magnetism with Strongly Correlated Electron Systems
    • Place of Presentation
      Busan Exhibition Convention Center (釜山, 韓国)
    • Year and Date
      2012-07-10
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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