2017 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | nano spin conversion science |
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26103005
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
齊藤 英治 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (80338251)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高梨 弘毅 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00187981)
小野 正雄 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (50370375)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | スピン流 / スピントロニクス / 磁性物理 / スピンメカニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、機械運動・熱・波動・音・電気とのスピン変換及び相互作用現象を開拓する。これにより、スピン変換の学理構築を推進するとともに、スピンを利用した新たなエネルギー変換科学技術の体系を創出する。平成29年度の主な成果は以下の通りである。
(1) スピン波の静磁波モードの分散関係の直接観測に成功： 光励起したスピン波の伝播過程を可視化する時間分解磁気光学イメージング法を開発し、フーリエ変換に基づく解析によりスピン波分散関係を取得可能であること示した(Nature Communications誌に掲載)。
(2) マグノン版スピン-バルブ効果の発見： 強磁性金属Co/反強磁性体CoO/強磁性絶縁体YIG接合において、Co層とYIG層の磁化の相対向きによってスピン流強度が変化する現象を発見した。本現象はマグノン版のスピン-バルブ効果であり、マグノンによる論理回路の創出に向けて端緒が開けたといえる (Nature Communications誌に掲載)。
(3) スピン波-音波の混成波誘起スピン輸送現象の開拓： 非局所スピンゼーベック効果の系統的な磁場・温度・端子間距離依存性測定により、スピン波-音波の混成波誘起スピン流が従来のスピン波スピン流に比べて高効率な伝搬特性を示すことを明らかにした(Physical Review B誌に掲載. Editors’ Suggestionに選出)。
(4) FeCoナノグラニュラーの軌道磁気モーメントの増大を発見： 力学回転-磁気結合現象であるバーネット効果を精密に測定可能な装置を開発し、FeCoナノグラニュラーにおける軌道磁気モーメントの増大を観測した (Journal of Magnetism and Magnetic Materials誌に掲載)。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
スピントロニクスとマイクロ機械・流体工学の融合研究から、熱・力学的スピン変換に関する先駆的な研究結果が得られている。さらに、光誘起スピン波伝搬の高精度イメージングやその分散関係の測定技術開発にも成功しており、当初の計画以上に研究が進展している状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
スピントロニクスとマイクロ機械技術(MEMS)の融合により、磁性絶縁体中のマグノンスピン流と機械運動を相互作用させる現象の開拓を行う。等方的な固体中のスピン角運動量の緩和において、大部分の角運動量は最終的に格子系に流れ込む。既に本研究班メンバーの研究により、ナノ～マイクロスケールでマグノンスピン流を電気的・熱的に生成する技術が確立されており、また、MEMS技術による磁性絶縁体のカンチレバーの作製技術及び、その機械振動モードの測定技術も構築されている。従ってこれらを組み合わせれば、スピン流駆動下におけるカンチレバーの振動測定を通じて、磁性体中に電気的・熱的に生成されたスピン流の格子系へ緩和現象の初観測が可能となる。これにより、新しい動力エネルギー変換手法の開拓が期待される。
さらに前年度までに得られた研究成果を発展させて、以下のトピックスに関する研究を行う。
反強磁性物質のネール温度や超伝導物質の超伝導転移温度などの相転移点で生じるスピンゼーベック効果の増大現象のメカニズムを理解するために実験・理論の両面から研究を進める。また、非局所スピンゼーベック配置を利用して、磁気秩序を示さない常磁性絶縁体における熱スピン流現象の輸送特性を明らかにする。
前年度までに構築した時間分解磁気光学イメージング法およびスピン波トモグラフィー法を利用し、磁性体に光を照射した後のスピン波の生成メカニズムの解明及び、フォノン系からスピン波への磁気弾性結合を介したエネルギー伝播・角運動量変換現象の解明を行う。さらにこれらの光学手法を利用して、スピン波ダイナミクスと磁性体端面や磁壁構造との相互作用について調べる。
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Research Products
(58 results)
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[Journal Article] Magnon detection using a ferroic collinear multilayer spin valve2018
Author(s)
J. Cramer, F. Fuhrmann, U. Ritzmann, V. Gall, T. Niizeki, R. Ramos, Z. Qiu, D. Hou, T. Kikkawa, J. Sinova, U. Nowak, E. Saitoh and M. Klaui,
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 9
Pages: 1089/1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Terahertz Spin Currents and Inverse Spin Hall Effect in Thin-Film Heterostructures Containing Complex Magnetic Compounds2017
Author(s)
T. Seifert, U. Martens, S. Gunther, M. A. W. Schoen, F. Radu, X. Z. Chen, I. Lucas, R. Ramos, M. H. Aguirre, P. A. Algarabel, A. Anadon, H. S. Korner, J. Walowski, C. Back, M. R. Ibarra, L. Morellon, E. Saitoh, M. Wolf, C. Song, K. Uchida, M. Munzenberg, I. Radu and T. Kampfrath,
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Journal Title
SPIN
Volume: 07
Pages: 1740010/1-11
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] All-optical observation and reconstruction of spin wave dispersion2017
Author(s)
Y. Hashimoto, S. Daimon, R. Iguchi, Y. Oikawa, K. Shen, K. Sato, D. Bossini, Y. Tabuchi, T. Satoh, B. Hillebrands, G. E. W. Bauer, Y. H. Johansen, A. Kirilyuk, T. Rasing and E. Saitoh,
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 8
Pages: 15859/1-6
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Enhancement of the spin Peltier effect in multilayers2017
Author(s)
K. Uchida, R. Iguchi, S. Daimon, R. Ramos, A. Anadon, I. Lucas, P. A. Algarabel, L. Morellon, M. H. Aguirre, M. R. Ibarra and E. Saitoh,
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 95
Pages: 184437/1-8
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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