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巨視的回転運動のスピン変換に関する研究

Research Project

Project/Area Number 19J21785
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

洞口 泰輔  慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywordsスピン流 / スピントルク / 強磁性共鳴 / スピン渦度結合 / 傾斜材料
Outline of Research at the Start

本研究の目的は、電気伝導率の異なる材料の二種材料接合系における電子のドリフト速度の渦度由来スピン流の(1)検出、(2)系統的調査、(3)スピン軌道相互作用(SOI)の寄与の分離である。従来、スピン流生成はSOIの大きな金属中(Pt、W等)でのスピン依存散乱効果を用いた手法が主流であった。しかし近年、SOIの小さな銅(Cu)表面を伝播する表面弾性波(SAW)に伴う格子の巨視的回転運動を利用した回転運動→スピン流の変換が報告された。本研究は電子のドリフト速度の渦度由来スピン流生成の初検証及び系統的調査に挑戦し、貴金属に依存しないスピン流デバイス実現への指針の提示を目指すものである。

Outline of Annual Research Achievements

近年、SOIの小さな銅表面を自然酸化させた銅での高効率スピン流生成の報告がなされ、膜厚方向への組成傾斜に由来する電子のドリフト速度由来の渦度→スピン流変換機構の存在が示唆されている。本研究はこの渦度由来スピン流生成の定量的検証及び系統的調査に挑戦し、貴金属に依存しないスピン流デバイス実現への指針の提示を目指すものである。本年度は、A:スピントルク検出層の膜厚依存性測定によるスピントルクの精密測定、B: 逆スピンホール効果測定によるSOIの寄与の有無の解明 C:数値計算を用いた傾斜構造におけるスピン流シミュレーションを遂行した。
A.スピン流が磁性体中の磁化に与えるトルクには直交する2成分が存在する。スピントルク検出層(磁性層:NiCu)の膜厚依存性測定を用いて2成分のトルクを分離する実験を遂行した。Si/Al傾斜材料系がPtと同程度~数倍のトルク効率を示す結果を得た。
B.Si/Al2層膜の界面にAl-Siの薄い交互層を挿入したSi-Al傾斜膜においてスピン流→電流変換効率が電流→スピン流の変換効率に比べて小さくなる巨大非相反性を示すことを逆スピンホール効果測定によって明らかにした。この巨大非相反性は電流渦によるスピン流生成が示唆される自然酸化銅においても報告されており、Si-Al傾斜膜における渦度→スピン流生成を示唆する重要な結果である。
C.従来のスピン拡散方程式では考慮していなかった物質パラメータの空間依存性を取りこんだ求解プログラムを実装した。固溶系において組成比が1:1となる付近で電気抵抗率が極大を取るNortheim則に従うことを考慮した。その結果、非固溶系に比べ固溶系の2元系傾斜材料が大きなスピン流生成効率を示すことが示唆される結果を得た。この結果は傾斜材料を用いた巨視的回転のスピン変換における材料選択指針を示す重要な結果である。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Highly Accurate Evaluation of Spin-torque Efficiency by Measuring In-plane Angular Dependence of Spin-torque Ferromagnetic Resonance2020

    • Author(s)
      T. Horaguchi, M. Matsuo and Y. Nozaki
    • Journal Title

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      Volume: 505 Pages: 166727-166727

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2020.166727

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spin Torque Generation using Si/Al Compositional Gradient Material2023

    • Author(s)
      T. Horaguchi, C. He, Z. Wen, T. Ohkubo, K. Hono, S. Mitani, H. Sukegawa, J. Fujimoto, K. Yamanoi, M. Matsuo, and Y. Nozaki
    • Organizer
      Advances in Functional Materials (AFM) Conference
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Improvement of Spin Torque Efficiency using Si/Al Compositional Gradient Interface2022

    • Author(s)
      T. Horaguchi, C. He, Z. Wen, T. Ohkubo, K. Hono, S. Mitani, H. Sukegawa, J. Fujimoto, K. Yamanoi, M. Matsuo, and Y. Nozaki
    • Organizer
      24th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces (ICMFS-2022)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 界面拡散させたSi/Al 2層膜に対するスピントルク効率の測定2020

    • Author(s)
      洞口泰輔、大久保忠勝 、宝野和博、 Z.Wen 、三谷誠司 、介川裕章 、能崎幸雄、
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] スピントルクFMR スペクトル測定を用いた界面挿入層による微小スピントルク変調の測定2020

    • Author(s)
      洞口泰輔、能崎幸雄
    • Organizer
      Spin-RNJ 若手オンライン研究発表会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Influence of Perpendicular RF Fields in Spin Torque FMR Measurement2019

    • Author(s)
      T. Horaguchi, and Y. Nozaki
    • Organizer
      Magnetics and Optics Research International Symposium (MORIS2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Improvement of Spin Torque Efficiency of Al/Si Bilayer with Quasi Graded Interface2019

    • Author(s)
      T. Horaguchi, M. Matsuo, and Y. Nozaki
    • Organizer
      New Perspective in Spin Conversion Science (NPSCS2020) 44
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スピントルクFMR スペクトルの磁場印加角度依存性による微小スピントルクの評価2019

    • Author(s)
      洞口泰輔、能崎幸雄
    • Organizer
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] スピントルクFMR スペクトル測定を用いた界面挿入層による微小スピントルク変調の測定2019

    • Author(s)
      洞口泰輔、能崎幸雄
    • Organizer
      スピントロニクス学術研究基盤と連携ネットワーク拠点(Spin Research Network of Japan; SpinRNJ) 2019年度(令和元年度)年次報告会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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