2016 Fiscal Year Research-status Report
スピンポンピング効果の流れ生成メカニズムのミニマムモデルに基づく解明
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16K13853
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
多々良 源 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, チームリーダー (10271529)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内山 智香子 山梨大学, 総合研究部, 教授 (30221807)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スピンポンピング / 断熱ポンピング / スピントロニクス / 非平衡統計物理 / 断熱過程 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピンポンピング効果に対してはこれまで現象論的な理論があるのみで、それらは物理現象としての理解のみならず実験との比較においても不十分なものであった。我々はこの問題を解決すべくグリーン関数を用いた微視的な定式化を行った。系にゆっくりした時間変化があるときの応答を求める一般的な定式化をおこない、それをスピンポンピングに適用し生成されるスピン流に対しての表式を得た(Phys. Rev. B誌掲載)。得られた結果はこれまでの理論の定性的な正しさを支持するものであったが、この定式化によりスピンポンピング効果の物理的起源が明確になり、また定量的な物質予測につなげる素地ができたことは重要な進歩である。具体的には、ポンピング現象の本質は外的相互作用により粒子の分布が乱され量子力学的分布関数が変化することであることが式で示された。従来の電荷の断熱ポンピングにおいてはこの変化は系の励起に伴いおこる無限小のエネルギー変化であるが、スピンの場合には磁化の運動が電子のスピン状態を変えることであるという本質的な違いが明らかになった。従来の現象論的議論では当然ながらこのようなことは見落とされていた。
現在は、強磁性体が金属の場合と絶縁体の場合など対象を一般的に拡張しさらに物理を深く調べるべく発展研究をしている。定式化の部分では外場の効果の微分展開により厳格に断熱ポンピング現象を定式化し直すことも進めている。また、計数統計法を用いた数値的な解析の準備も橋本が中心になり定式化を行い計算を進めている。
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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
従来の断熱ポンピング現象とスピンポンピング現象の統一的な記述をすることに成功し、また同時に両者の違いも明らかになったことは、本研究を始めるもっとも重要な動機となった問題の解決がまずはおおむね進んだことを意味する。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は２０１６年度に構築した理論基盤に基づき現象をスピン流、磁化の緩和など多方面の視点から定式化、整理し統一的な理論をつくり上げることが必要である。また数値的手法による非平衡統計物理の側面もあきらかにし、解析的定式化と統合した理解を行う。
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| Causes of Carryover |
当初計画では初年度に意見交換のための国際ワークショップを開催し、招待講演者などの旅費サポートをする予定であったが、研究遂行を優先しある程度まとまった結果が出てから開催することに変更したため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
後半に国際ワークショップを開催し当初の計画にあった金額を使用予定である。
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