Spin transport at normal metal/paramagnetic material

• Project/Area Number: 20K22476
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0402:Nano/micro science, applied condensed matter physics, applied physics and engineering, and related fields
• Research Institution: Iwate University
• Principal Investigator: Oyanagi Koichi 岩手大学, 理工学部, 助教 (50881223)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: スピン流 / スピントロニクス / 常磁性絶縁体 / 磁気抵抗効果 / 磁性ガーネット / 常磁性体 / スピンホール磁気抵抗効果 / 磁性

Outline of Research at the Start

スピントロニクス分野では、電子の持つ電荷の自由度に加えスピンの自由度をも利用した電子デバイスの開発が行われている。本研究では、近年、優れたスピン流輸送特性を示すことが明らかとなった常磁性絶縁体と金属の界面に着目し、常磁性絶縁体を用いたスピントロニクス現象の開拓を行う。常磁性絶縁体/金属接合系では、伝導電子スピンと局在スピンの間のスピン交換によって磁気抵抗効果が生じると考えられる。本研究ではこの磁気抵抗効果を用いた常磁性体/金属界面でのスピン注入効率の定量評価手法を確立し、常磁性体へのスピン注入メカニズムの解明を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Recently, paramagnetic insulators are getting much attention because they exhibit great spin conductivity. However, spin current physics in paramagnetic insulators has not been investigated. Especially, the spin transfer at the paramagnetic insulator (PI) and normal metal (NM) is important for application. Here, we study the spin transfer at the PI/NM interface using the standard method for studying the spin transfer at the ferromagnet/NM interface. We clarify the mechanism of the spin transfer at the PI/NM interface and establish the probe to examine the efficiency of the spin transfer.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的な意義は、常磁性絶縁体へのスピン注入メカニズムを解明することにある。常磁性絶縁体は優れたスピン輸送特性を有しているが、この性質を利用するためには高効率にスピン流を常磁性絶縁体へ注入する必要がある。特に、電気的な制御が可能であるため、金属電極を用いたスピン注入は重要である。本研究によって常磁性絶縁体の磁化と金属中の伝導電子スピンの間のスピン交換メカニズムが明らかになったことで、常磁性体へのスピン注入効率向上に向けた指針を得ることができた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CIC NanoGUNE/Material Physics Center, Donostia(スペイン)
• [Int'l Joint Research] CIC nanoGUNE/Materials Physics Center, Donostia(スペイン)
• [Journal Article] Paramagnetic spin Hall magnetoresistance (2021)
  • Author(s): Koichi Oyanagi, Juan M. Gomez-Perez, Xian-Peng Zhang, Takashi Kikkawa, Yao Chen, Edurne Sagasta, Andrey Chuvilin, Luis E. Hueso, Vitaly N. Golovach, F. Sebastian Bergeret, Felix Casanova, and Eiji Saitoh
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 104 Issue: 13 Pages: 1344281-14
  • DOI: 10.1103/physrevb.104.134428
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of nuclear-spin Seebeck effect (2021)
  • Author(s): Kikkawa T.、Reitz D.、Ito H.、Makiuchi T.、Sugimoto T.、Tsunekawa K.、Daimon S.、Oyanagi K.、Ramos R.、Takahashi S.、Shiomi Y.、Tserkovnyak Y.、Saitoh E.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 4356-4356
  • DOI: 10.1038/s41467-021-24623-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Triplon current generation in solids (2021)
  • Author(s): Yao Chen, Masahiro Sato, Yifei Tang, Yuki Shiomi, Koichi Oyanagi, Takatsugu Masuda, Yusuke Nambu, Masaki Fujita, Eiji Saitoh
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 51991-7
  • DOI: 10.1038/s41467-021-25494-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research