2018 Fiscal Year Research-status Report
自己発電型ナノマシンに向けたスピンを介した電力－動力間変換に関する理論的研究
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16K04930
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
古門 聡士 静岡大学, 工学部, 教授 (50377719)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
角田 匡清 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80250702)
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| Project Period (FY) |
2016-10-21 – 2020-03-31
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| Keywords | 伝導電子－局在スピン間相互作用 / スピン－原子振動相互作用 / スピン緩和 / スピン軌道相互作用 / 異方性磁気抵抗効果 / 摂動理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は局在スピンを介した伝導電子－分子運動間相互作用Vに関する理論的研究である．このVはd軌道の状態に強く依存し，その状態は交換分裂エネルギーEex(∝磁化)，結晶場エネルギーΔ及びスピン軌道相互作用Vsoに依る．今回我々は，昨年に引き続き，d軌道の状態を調べるための手法である異方性磁気抵抗(AMR)効果について研究を行った．特に[001]方向に正方歪みを持つStrong Ferromagnet及びハーフメタルに注目し，そのAMR比の磁化方向依存性を調べた．ここで，AMR比はAMR(φ)=[r(φ)-r(π/2)]/r(π/2)であり，φは磁化と電流の間の相対角，r(φ)は角φでの抵抗率である．さらに磁化は(001)面内にあり，電流IはI//[100]，[110]，[001]とした．主な結果は次の通りである．
1. 一般的なStrong FerromagnetのAMR比
ボルツマン理論を用いてr(φ)をもとめ，そのr(φ)からAMR比を導出した．電流方向をi(=[100], [110], [001])とするとき，AMR比はAMR^i(φ)=Σ_{j=2,4,6,8} C_j^icosjφとなった．ここで，C_j^iは，Vsoの係数，Δ及び軌道ごとのフェルミ準位上の部分状態密度(PDOS)等で表された．特に，C_4^i(iによらない)，C_6^[110]及びC_8^[110]は，dε軌道間のPDOSの差に比例した．また，dε軌道内の1軌道とdγ軌道の2軌道のPDOSが全て等しいとき，C4^[100]=-C4^[110]になった．この関係はNiなどで実験観測されている．
2. ハーフメタルのAMR比
結晶場を持つ本モデルでは，iによってAMR比の符号が変わり得ることが分かった．なお，我々の結晶場無しのモデル[JPSJ(2012)]では，ハーフメタルは必ず負のAMR比を示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2015年度に発表した論文J. Phys. Soc. Jpn. 84 (2015) 094710で用いたパラメーターに間違いが見つかり，数値計算をやり直したため．詳細は次の通りである．
2015年度の論文では，Feのスピン軌道結合定数λの値として，専門書に載っている値をそのまま用いていた．しかし論文のλと専門書のそれは定義が異なることが判明した．そこで定義の違いを考慮に入れて，正しいλを用いて数値計算をやり直した．結果はJ. Phys. Soc. Jpn. (2019)のErratumに報告される予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
1. スピン軌道相互作用と結晶場を考慮に入れた模型を用いて局在スピンを介した伝導電子－分子運動間相互作用を求める．
2. 電流Iと磁化Mが任意の方向の場合の異方性磁気抵抗効果の理論を構築する．
3. 2の理論を用いて，ハーフメタリック強磁性体を含むさまざまな強磁性体の異方性磁気抵抗比を数値計算により求める．
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| Causes of Carryover |
昨年度は，まず単純モデルに対して手計算（摂動計算）による理論構築を行い，次にコンピュータによる数値計算を行った．数値計算は比較的小規模なものだったので既存のマシンを用いた．このため残額が生じた．2019年度はこの残額を大規模数値計算用コンピューターの購入のための経費として計上する．
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