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2017 Fiscal Year Research-status Report

不均一磁化運動におけるギルバート緩和定数の微視的理論の構築と第一原理計算

Research Project

Project/Area Number 16K06702
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

佐久間 昭正  東北大学, 工学研究科, 教授 (30361124)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 栂 裕太  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 物質・材料研究機構, 博士研究員 (70641231)
三浦 大介  東北大学, 工学研究科, 助教 (90708455)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywordsギルバート緩和 / スピン軌道相互作用 / スピン流 / スピンポンピング / スピントルク
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、これまでの磁気緩和理論を磁化の不均一性や動的観点から再検討し、微視的立場からの統一的理解と計算手法の再構築を目指す。そのため、平成29年度は多層膜構造や磁化の非一様運動の影響を取り込んだギルバート緩和定数αの一般式の構築を試みた。モデルは有限の層数から成る強磁性(FM)層と非磁性(NM)層の籍層構造を想定し、ハミルトニアンとしてFM層、NM層ともに電子のホッピング項、FM層のみに交換分裂項とスピン軌道相互作用(SOI)を考慮した。ただし、ここでは簡単のためSOIとしてRashba型を仮定した。森公式に基づくスピン緩和の一般式から、αはSOIによるスピントルクの相関関数とスピン流の相関関数の和からなることを示した。前者はKamberskyらによって示されたバルクにおけるトルク相関関数に対応しているのに対し、後者は積層構造や不均一系においてのみ有限値を与える項であることを明らかにした。実際、数値計算の結果、後者によるαはNM層の層厚に対して0から単調に立ち上がり、徐々に一定値に近づく傾向を示した。これは、FM層内でのスピンの時間変化(動力学)により発生したスピン流がNM層内に流出することで生じる磁気緩和機構と解釈することができ、スピンポンピング機構の微視的記述として理解することができる。今回の研究により、バルク起源とスピンポンピング起源によるギルバート緩和を一つのモデルと計算手法から導くことができ、それぞれの物理的機構を統一的立場から明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究内容はH28年度に予定された計画の範囲内にあるが、H28年度の研究の過程で、バルクや籍層膜のαについての統一的理解につながるアイディアを得て本成果に繋がった。本研究により、積層膜におけるスピンポンピング項が微視的にはスピン流の相関関数で記述できることが示された。
H29年度に計画していた帯磁率を用いた磁気緩和の統一的評価についてはH30年度に実施する予定である。

Strategy for Future Research Activity

H30年度は、森公式をより一般化することで有限温度におけるαの一般的記述を試みる。従来、有限温度における磁気緩和に関する理論としてはNMRのKorringa則が有名であるが、これがギルバート緩和定数とどのような関係にあるかについて明らかにした研究はない。我々は、キュリー温度(TC)を挟む全温度領域での磁気緩和、局在モーメント系と遍歴電子系の違いなどについて、森公式による帯磁率を用いた統一的立場から磁気緩和の微視的記述を試みる予定である(佐久間、三浦助教、栂研究員、H30のMC2、DC1学生)。

  • Research Products

    (12 results)

All 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Journal Article] First principles calculation for Gilbert damping constants in ferromagnetic/non-magnetic junctions2018

    • Author(s)
      R. Hiramatsu, D. Miura, and A. Sakuma
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 8 Pages: 055822-1-5

    • DOI

      10.1063/1.5007255

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theoretical study on the perpendicular anisotropic magnetoresistance using Rashba-type ferromagnetic model2018

    • Author(s)
      Y. Yahagi, D. Miura, and A. Sakuma
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 8 Pages: 056016-1-6

    • DOI

      10.1063/1.5007179

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] emperature Dependence of Anomalous Hall Conductivity in Rashba-type Ferromagnets2018

    • Author(s)
      Akimasa Sakuma
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 87 Pages: 034705-1-7

    • DOI

      10.7566/JPSJ.87.034705

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Theoretical Study of Gilbert Damping Constants on Magnetic Multi-layers2018

    • Author(s)
      Dai Ozaki, Daisuke Miura, Akimasa Sakuma
    • Organizer
      Kick-off Symposium for World Leading Research Centers -Materials Science and Spintronics-
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Theoretical study of the unconventional anisotropic magnetoresistance using Rashba-type ferromagnetic model2018

    • Author(s)
      Yuta Yahagi, Daisuke Miura, Akimasa Sakuma
    • Organizer
      Kick-off Symposium for World Leading Research Centers -Materials Science and Spintronics-
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] First principles calculation for Gilbert damping constants in ferromagnetic/non-magnetic junctions2018

    • Author(s)
      Ryoya Hiramatsu, Daisuke Miura, Akimasa Sakuma
    • Organizer
      Kick-off Symposium for World Leading Research Centers -Materials Science and Spintronics-
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 磁性多層膜におけるGilbert緩和定数2018

    • Author(s)
      尾崎太飛,三浦大介,佐久間昭正
    • Organizer
      日本物理学会73回年次大会
  • [Presentation] ラッシュバ型強磁性体における非従来型異方性磁気抵抗効果の理論計算2018

    • Author(s)
      矢作 裕太,三浦大介,佐久間昭正
    • Organizer
      日本物理学会73回年次大会
  • [Presentation] 磁性体接合系におけるギルバート緩和定数の第一原理計算2018

    • Author(s)
      平松 諒也,三浦大介,佐久間昭正
    • Organizer
      日本物理学会73回年次大会
  • [Presentation] First-Principles Study on the Magnetic Damping of Transition Metals in the Presence of Spin Fluctuiation2017

    • Author(s)
      D. Ozaki, D. Miura, A. Sakuma
    • Organizer
      2017 Intermag Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] First principles calculations for Gilbert damping constants in ferromagnetic/non-magnetic junctions2017

    • Author(s)
      R. Hiramatsu, D. Miura, A. Sakuma
    • Organizer
      62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Theoretical study on the perpendicular anisotropic magnetoresistance using Rashba-type ferromagnetic model2017

    • Author(s)
      Y. Yahagi, D. Miura, A. Sakuma
    • Organizer
      62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-12-17  

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