2014 Fiscal Year Annual Research Report
スピン構造に由来するベリー位相と光による新奇な磁気光学効果の理論研究
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13J03141
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
田口 勝久 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ディラック電子 / 軸性流 / スピントロニクス / 磁化ダイナミクス / アキシトロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は電荷・スピン・ヘリシティの自由度を持つ電子が存在する電子系―ディラック電子系―と磁性体を接合した系において、スピントロニクスでスピン流を生成する方法として研究されている磁化のダイナミカルな運動による軸性流生成の理論研究をした。
グリーン関数を使って解析的に計算した結果、接合した磁性体の磁化の時間変化によって、軸性流が誘起されることがわかった。またその磁化が空間的に非一様な磁化構造を持つ場合には、誘起された軸性流が非局所的に伝搬することが分かった。この様に軸性流には局所項と非局所項があり、それぞれの検出方法について考察した。軸性流の局所項は磁性体の磁化を強磁性共鳴した際の磁化の緩和(ダンピング)の強さを磁性体そのもののダンピングの大きさとディラック半金属/磁性体でのダンピングの大きさとを比較することで軸性流の有無を判断することができる。一方、非局所項はディラック半金属の上に磁性体とスピン軌道相互作用の大きい常磁性金属を接合した系を用意し、軸性流を電流に変換することで検出とする。まず磁性体の磁化のダイナミクスによって誘起された軸性流はワイル半金属中を平均自由行程程度、非局所的に伝搬し、端で軸性流が蓄積する。その蓄積した電子はスピン偏極電子とみなすことができる。そのため、端で蓄積したスピン偏極した電子は、スピン軌道相互作用の大きな常磁性金属内にスピン偏極した電流として入り込み、逆スピンホール効果を通じて電流に変換される。
この軸性流は電流を伴わずに電子のヘリシティの流れであるため、ジュール熱損失無く電子転送することができる。この性質はスピントロニクスにおけるスピン流と共通している面もあることから、軸性流を使ったエレクトロニクス”アキシトロニクス”への応用が期待できる。
トポロジカル絶縁体/磁性絶縁体の接合表面における磁化ダイナミクスによるスピン輸送の理論研究も行った。
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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
当初予定していた2年目の計画ではディラック半金属でのスピン輸送--とくに軸性流の理論研究を行うことを目標としており、それを達成することができた。さらに3年目の計画にあったトポロジカル絶縁体/磁性体でのスピン輸送の研究のうちの１つも終えることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
トポロジカル絶縁体/磁性体接合系における磁化ダイナミクスによって誘起される新奇なスピン輸送の理論研究を行う。またトポロジカル絶縁体ならびにディラック半金属での磁気光学ファラデー効果ならびに逆ファラデー効果の理論研究を行い、研究の最新情報を国際会議に参加して手に入れる予定。
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