球殻状ナノ磁性体のスピン構造制御とスイッチング素子への応用

• Project/Area Number: 18760059
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Engineering fundamentals
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 島 弘幸 Hokkaido University, 大学院・工学研究科, 助教 (40312392)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2007: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2006: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: ナノ磁性体 / 磁気デバイス / ナノ構造体

Research Abstract

本研究の目的は、中空球殻構造を有するナノ構造体のコヒーレント電子伝導と磁気秩序過程を理論的に解析し、その特異な磁気特性を利用した新規なスイッチング・デバイス素子をデザインすることにある。ナノ構造体がある臨界温度以下で自発磁性を有する場合、その磁性には構造体の幾何学的形状の変化が大きく関与すると予想される。この幾何特性と磁気特性との関連を定量的に明らかにすることを目的として、本研究では曲面型磁性薄膜を模したスピン格子模型を独自に考案し、その基本磁気特性が形状の変化によってどのような変化を受けるかを数値的に考察した。磁気秩序相の形成過程を大規模数値シミュレーションにより調べることで、系の幾何学的曲率が系の自発磁化発現機構・磁気応答特性に与える効果に対する定性的理解を得ることができた。これと並行して本研究課題では、二次元電子系のバリスティック伝導特性について、二次元ナノ構造体の形状変化がその伝導特性に与える影響を研究した。特に捻り変形を施した量子細線について、そのコヒーレント伝導特性に対する形状変形効果を微分幾何的手法により導出した。その結果、量子細線中を伝搬する電子は捻り変形に起因する有効磁場を感じる点を理論的に明らかにした。さらにこのような捻り細線で量子閉ループ構造を作成した場合、捻り変形誘起磁場に伴う永久電流成分が起こりえることを明らかにした。これらの研究成果は、曲面状ナノ構造体の新規な物理特性に基づく量子デバイスを開発するための重要な基礎的知見を与えるものである。

Research Products

• [Journal Article] Short-time relaxation of the Ising model on curved surfaces (2007)
  • Author(s): H. Shima
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Peculiar behaviors of excited modes in harmonic chains with long-range correlated disorder (2007)
  • Author(s): H. Shima
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series 92
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New universality class of the Ising model on curved geometry (2007)
  • Author(s): Y. Sakaniwa
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 Pages: 1401-1403
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two critical temperatures of the spin-lattice model on donut-shaped surfaces (2007)
  • Author(s): I. Hasegawa
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 Pages: 1407-1409
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Curvature effects on surface electron states in ballistic nanostructures (2007)
  • Author(s): H. Taira
  • Journal Title: Surface Science 601 Pages: 5270-5275
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic states in cylindrical surfaces with local deformation (2007)
  • Author(s): H. Taira
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series 61 Pages: 1142-1146
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel scaling behavior of the Ising model on curved surfaces (2007)
  • Author(s): I. Hasegawa
  • Journal Title: Surface Science 601 Pages: 5232-5236
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Numerical study on critical exponents of hyperbolic Ising lattice (2007)
  • Author(s): Y. Sakaniwa
  • Journal Title: Computer Physics Communications 117 Pages: 189-189
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New universality class of the Ising model on curved geometry (2007)
  • Author(s): Y.Sakaniwa, I.Hasegawa, H.Shima
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 Pages: 1401-1403
• [Journal Article] Two critical temperatures of the spin-lattice model on donut-shaped surfaces (2007)
  • Author(s): I.Hasegawa, Y.Sakaniwa, H.Shima
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 Pages: 1407-1409
• [Journal Article] Short-time relaxation of the Ising model on curved surfaces (2007)
  • Author(s): H.Shima, Y.Sakaniwa, I.Hasegawa
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310
• [Journal Article] Curvature effects on surface electron states in ballistic nanostructures (2007)
  • Author(s): H.Taira, H.Shima
  • Journal Title: Surface Sciences (In press)
• [Journal Article] Electronic states in cylindrical surfaces with local deformation (2007)
  • Author(s): H.Taira, H.Shima
  • Journal Title: Journal of Physics : Conference Series (In press)
• [Journal Article] Novel scaling behavior of the Ising model on curved surfaces (2007)
  • Author(s): I.Hasegawa, H.Shima
  • Journal Title: Surface Sciences (In press)
• [Journal Article] The Schroedinger equation of a quantum system embedded on a curved surface (2007)
  • Author(s): H.Taira, H.Shima
  • Journal Title: Hokkaido University Technical Report Series in Mathematics 117(In press)
• [Journal Article] Hyperscaling in the Ising lattice model on a surface with constant negative curvature (2007)
  • Author(s): Y.Sakaniwa, H.Shima
  • Journal Title: Hokkaido University Technical Report Series in Mathematics 117(In press)
• [Journal Article] Geometric effects on critical behaviors of the Ising model (2006)
  • Author(s): H.Shima, Y.Sakaniwa
  • Journal Title: Journal of Physics A : Mathematical and General 39 Pages: 4921-4933
• [Journal Article] The dynamic exponent of the Ising model on negatively curved surfaces (2006)
  • Author(s): H.Shima, Y.Sakaniwa
  • Journal Title: Journal of Statistical Mechanics
  • NAID: 120000957408
• [Journal Article] Correlation effects of quantum rotors in Ge crystals (2006)
  • Author(s): H.Shima, T.Nakayama
  • Journal Title: Physica B : Condensed Matter 376-377 Pages: 157-160
  • NAID: 120000958199
• [Presentation] 1次元長距離相関不規則電子系における金属-絶縁体転移 (2008)
  • Author(s): 西野信也
  • Organizer: 日本物理学会第63回年次大会
  • Place of Presentation: 近畿大学(東大阪)
• [Presentation] 捩れた擬一次元導体における新しい量子位相付加現象 (2008)
  • Author(s): 平久夫
  • Organizer: 日本物理学会第63回年次大会
  • Place of Presentation: 近畿大学(東大阪)
• [Presentation] 周期凹凸曲面電子系における電子輸送とウムクラップ散乱 (2008)
  • Author(s): 小野頌太
  • Organizer: 日本物理学会第63回年次大会
  • Place of Presentation: 近畿大学(東大阪)
• [Presentation] Peculiar behaviors of excited modes in harmonic chains with correlated disorder (2007)
  • Author(s): H. Shima
  • Organizer: 12th International Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter (Phonons2007)
  • Place of Presentation: Paris, France (Conservatoire National des Arts et Metiers)
• [Presentation] Ising phase transition on negatively curved geometry (2007)
  • Author(s): Y. Sakaniwa
  • Organizer: 23rd International Conference on Statistical Physics (Statphys23)
  • Place of Presentation: Genova, Italy (Congress Center)