2009 Fiscal Year Annual Research Report
磁化ダイナミクスによる電流生成メカニズムの理論解析
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09J06160
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
竹内 祥人 Tokyo Metropolitan University, 大学院・理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Keywords | スピン流 / スピンポンピング効果 / スピンホール効果 |
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| Research Abstract |
本年度は、磁化の運動により生成されるスピン流(スピンポンピング効果)について、非平衡グリーン関数を用いた量子力学的に厳格な手法で解析した。これまで、物質中では一般に電子スピンが保存しないことから、スピン流の計算は電流に比べなおざりになっていた。そこで電流と同様に、スピン流の拡散成分についても詳しく解析したところ、磁化の運動によって生成されるスピン流は、スピン蓄積からの拡散流が支配的であり、磁化構造が作る有効場によるスピン流の効果は極めて小さいことが判明した。この結果は、電流には見られないスピン流の特異性を表している。また、スピン流は直接観測が不可能な量であるため、スピン軌道相互作用を介して電気的に検出する方法(逆スピンホール効果)がよく用いられている。それに関連して、スピンポンピング効果によるスピン流が、スピン軌道相互作用を介して電流へと変換されるメカニズムについても詳しく調べてみた。すると、ラシュバ型のスピン軌道相互作用は、スピンの非保存性からくるスピン緩和トルクを電流へと変換し、さらにスピン密度を電荷密度へと変換することで拡散電流を生み出すことが明らかになった。それに対し不純物起因のスピン軌道相互作用では、拡散スピン流は全く変換されず、非常に小さな有効場によるスピン流のみが電流へと変換されることが判明した。このように、スピン流から電流への変換機構は、スピン流の起源およびスピン軌道相互作用の種類によって大きく異なることが明らかになった。
これらの結果は今後のスピントロニクス研究において本質的に重要であるため、ドイツで行われた2つの国際会議(ICMおよびICMFS)で口頭発表を行い、論文としてまとめPRB誌で発表した。また、この研究の重要性が認められ、PRB誌のEditors' Suggestionにも選ばれた。
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