2017 Fiscal Year Research-status Report
秩序状態の局所的空間構造と巨視的位相の結合による量子輸送現象
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15K05192
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
森 道康 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, 研究主幹 (30396519)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小椎八重 航 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 上級研究員 (20273253)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スピン波 / 高温超伝導 / スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピンゼーベック効果は、強磁性体と金属の単純な積層構造に温度勾配を与えると電位差が生じる物理現象である。単純な積層構造で熱電変換が可能になるため、廃熱利用への応用研究が進められている。このため、磁性体中における高効率なスピン流生成方法および金属への注入方法が盛んに研究されている。このような背景のもと、初年度に開始した研究の定量的評価を進めた。反強磁性絶縁体と強相関金属の２層系を考える。そして、反強磁性層のスピン波に対する自己エネルギーを、層間の飛び移り積分２次の範囲で求めた。金属層の電子相関はGutzwiller近似で扱う。電子相関が強まると、その効果を表すGutzwiller因子は小さくなる。スピン波の線幅は、Gutzwiller因子は小さくなるに連れて、それに反比例して増大することを示した。電子相関により重くなった電子系の磁気励起は、小さなエネルギー幅に大きな状態密度を持つことになる。このため、強相関金属と接した磁性絶縁体の磁気励起は、低エネルギー領域においてスペクトルの線幅が広がる。つまり、コヒーレンスが失われることになる。ここでは強相関金属を考えたが、同様な状況はスピントロニクスの舞台となる強磁性体と金属の界面にも当てはまる。コヒーレンスが悪くなることは、スピントロニクスで求められる効率的スピン流生成を阻害することになるため、界面における電子状態の重要性を示唆している。この他に、フラストレートスピン梯子系の磁気相図を理論的に求めた。そして、相図中に現れる磁気プラトー近傍の素励起の性質を明らかにした。また、磁場下において、交替磁気異方性が生じる磁性体の磁気励起スペクトルの研究を行い、中性子散乱実験で得られる強度分布の起源を解明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまで、２次元系や薄膜の磁性体における磁気励起の計算を進めてきた。反強磁性体やフェリ磁性体と金属との接合において、電子相関によって磁気励起の線幅が増大し得ることを示した。昨年度、強磁性薄膜における強磁性共鳴の線幅が、磁気ゆらぎによって狭まることを示した。磁化の時間変化というゲージ場が誘起する物理量やその変化について進展が見られた。今年度、磁化の空間変化に伴うゲージ場によってもたらされる物性の開拓を進めた。この過程で、磁化の空間変化がクーパー対の対称性を変える点に着目した。磁化の量子化軸が異なる領域をクーパー対が伝搬すると、一重項と三重項の混成が起こる。この混成を利用することで、スピン流駆動によるジョセフソン効果が可能になることが期待される。スピン流は、磁気共鳴や温度勾配などで駆動できる。現在、スピン流の駆動方法とそれによる超伝導現象の解明を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では、スピン流駆動によるジョセフソン効果の研究を推進する。超伝導体を強磁性体で隔てた強磁性ジョセフソン接合において、超伝導体と強磁性体の接合界面に、もう一層異なった量子化軸を持つ強磁性体がある系を考える。そうすると、この界面をクーパー対が伝搬すると、一重項と三重項の混成が起こる。このため、従来型の一重項超伝導体を用いたジョセフソン接合において、スピン流駆動によるジョセフソン効果が可能になることが期待される。スピン流は、磁気共鳴や温度勾配などで駆動できる。これらのスピン流駆動によるジョセフソン効果などの超伝導輸送現象の計算を行い、実際の観測方法を提案する。
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| Causes of Carryover |
理由: H29年度の研究において温度勾配や熱流を含めることで研究の更なる発展が期待できることが判明したため、研究の対象を超伝導接合の伝導理論を熱流が存在する非平衡定常状態へと拡張を図るため、H30年度まで補助事業期間を延長した。研究計画変更に伴い支出計画も変更したため、次年度使用額が生じることとなった。
使用計画: 変更した研究計画により生み出される研究成果を発表するため、3年に1度に開催される超伝導に関する国際会議（H30年度開催）で発表するための経費及び認知度の高い学術誌に論文を掲載するための費用として使用する。
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[Journal Article] Magnetic structure and dispersion relation of the S=1/2 quasi-one-dimensional Ising-like antiferromagnet BaCo2V2O8 in a transverse magnetic field2017
Author(s)
M. Matsuda, H. Onishi, A. Okutani, J. Ma, H. Agrawal, T. Hong, D. M. Pajerowski, J. R. D. Copley, K. Okunishi, M. Mori, S. Kimura, and M. Hagiwar
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 96
Pages: 024439-1-8
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Magnon density of states in yttrium iron garnet2017
Author(s)
S. Shamoto, M. Akatsu, T. U. Ito, R. Kajimoto, M. Mori, H. Onishi, M. Nakamura, S. Kawamura, K. Shibata, Y. Nemoto, and S. Maekawa
Organizer
International Conference on Neutron Scattering
Int'l Joint Research
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[Presentation] Y3Fe5O12のマグノン状態密度と分散2017
Author(s)
社本真一,伊藤孝,大西弘明,森道康,松浦直人,赤津光洋,中村充孝,稲村泰弘,樹神克明,河村聖子,根本祐一,柴田薫,前川禎通
Organizer
日本中性子科学会第17回年会
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