2019 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical study of mechanism of spin pumping effect in a minimum model
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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, 大学院総合研究部, 教授 (30221807)
橋本 一成 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (10754591)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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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 |
磁化ダイナミクスからスピン流を生成するスピンポンピング効果を、磁化の時間変化が生み出す有効ゲージ場の概念により明快に表した。この仕事により、時間変化する磁化が強磁性金属内の伝導電子に対してスピンを混合させる有効ゲージ場としてはたらき、これが強磁性非磁性金属界面において非断熱スピン分極を生じることがこの効果の起源であることがはっきり示された。従来の猫像は磁化の運動がスピン流を界面に生成するというものであるが、この記述ではスピン流の定義に伴う原理的不定性を避けられないという理論的に致命的な欠陥があった。我々の定式化では物理量であるスピン密度を通じて記述するためこの曖昧性は伴わない。さらに、実験的状況を想定しスピンポンピング効果から逆スピンホール効果による検出までを統一的視点により記述する理論を提示した。「スピン流」媒体として反強磁性体を用いた場合にこの理論を応用し、従来のスピン流透過率が実は強磁性帯磁率にほかならないことを示し、温度依存性などの特性を理論的に解析し、実験事実と整合していることを示した。
また、スピンポンピング効果ではこれまでゆっくりした磁化の回転である断熱領域のみに焦点が当たっていたが、本研究では非断熱性が生み出す効果についての数値的解析も行った。速い運動に対しての効果を量子性を取り込みつつ可能とする完全係数統計という手法を用いた計算の結果、非断熱性がスピンポンピング効果を抑制してゆくこと及びそのメカニズムが明らかになった。
28年度にはスピンポンピング効果を非平衡統計物理の広い視点から捉えるために、量子輸送問題、非平衡量子統計力学をテーマとした国際シンポジウムを、本研究の分担者と代表者が会議の組織委員長と副委員長となり開催した。参加者は50名以上を数え大変盛況で、量子非平衡系の一般論や、非マルコフ的な時間発展の一般論などの議論に進展があった。
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Research Products
(13 results)
