2017 Fiscal Year Annual Research Report
スキルミオンによるトポロジカルホール効果の理論的研究
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16J08009
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
濱本 敬大 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | スキルミオン / トンネル磁気抵抗 / スピントロニクス / 非相反電気伝導 / 超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は磁気スキルミオンの垂直接合配置での検出方法の提案に取り組んだ。スキルミオンはその小さなサイズや微小電流での駆動可能性などから磁気メモリデバイスへの応用が期待されているものの、簡便かつ高速ダイナミクスの検出を可能とする機構はいまだ確立していない。一方、スキルミオンはその中心で反転したスピンをもつため、磁気トンネル接合を用いてトンネル磁気抵抗効果（TMR）を測定することでその存在を検出できると期待される。
そこで我々はスキルミオン層-強磁性層の二層系において、スキルミオンの局在スピン構造と伝導電子の結合を考慮した二重結合模型を考え、トンネルハミルトニアンの方法を用いることでトンネル電流、及びTMR比を計算した。結果として、伝導電子スピン-局在スピン間のカップリングJが試料の乱れによるスペクトル幅Σより大きい際にはTMR比が局在スピンの配置のみによって決まることを示した。この条件は実験的にも十分実現可能であり、またこの際のTMR比はスキルミオンサイズが検出用の強磁性層のサイズと同程度の時には３０％以上にものぼり、実験的な検証が期待される。この研究は論文として現在投稿中である。
また昨年度に引き続き、非相反非線形応答現象の解明にも取り組んだ。今年度は特に二次元超伝導体の電気抵抗の整流効果に注目した。反転対称性の破れた二次元超伝導体においては、温度磁場の各値に応じて多様なメカニズムで整流性が生じる。私は超伝導渦糸が結晶構造を反映した空間非対称なピン止めポテンシャルを感じることによる非相反磁束フロー抵抗の解析を行った。非対称な周期ポテンシャルと一様な外力の下での古典粒子の運動をランジュバン方程式とフォッカープランク方程式を用いて計算することで磁束フロー系の非対称なIV特性を求めた。
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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
スキルミオンのトンネル磁気抵抗効果による検出に関する研究は、応用上大変重要な課題となっており、実験が進行しつつある。今年度の我々の研究により、トンネル磁気抵抗の種々のパラメータ依存性を明らかにし、素子への設計指針を与えることができた。この成果は、スキルミオン検出技術、ひいてはスキルミオンを用いたメモリデバイスの実現への基礎を与える重要なものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
非相反電気伝導現象に関しては超伝導体や磁性体において様々な機構によるものが発見されているが、その微視的起源は明らかになっていないものが多い。これらの未解決課題に対し、網羅的、統一的な理論的説明を与えることを目指す。また、理論的手法に関しても現在ては半古典的な方法が主流となりつつあるが、乱れの効果や電子間相互作用の効果を十分に取り扱うためには完全に量子力学的な定式化を確立する必要がある。
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