2017 Fiscal Year Annual Research Report
Interconversion between spin current and phonon via spin-rotation coupling
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17J10342
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
濵田 真人 東京工業大学, 理学院, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2019-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / スピンメカニクス / フォノン角運動量 / スピン回転結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は主に以下の2項目について研究を行った。第一に、温度勾配によって誘起されるフォノン角運動量について具体的な物質におけるオーダーの見積もりと実験的観測方法の提案と観測量のオーダーを見積った。極性物質である窒化ガリウム(GaN)と螺旋構造をもつ物質であるテルル(Te)とセレン(Se)についてそれぞれ第一原理計算を用いてフォノン分散を計算した。第一原理計算で得られたフォノン分散を用いて、温度勾配を印加したときに誘起されるフォノン角運動量のオーダーをそれぞれの物質で見積もった。生成したフォノン角運動量を観測可能な剛体回転に変換した際の剛体回転の角速度のオーダーを見積もった。また、窒化ガリウムの様な原子が有効電荷をもつ物質において、フォノン角運動量から磁化に変換することを提案し、生じる磁化のオーダーを見積もった。第二に、磁性体におけるフォノン角運動量の生成方法について研究を行った。時間反転対称性と空間反転対称性を破る場合は、温度勾配により生成されるフォノン角運動量が平衡成分と温度勾配による成分の2つの成分を持ち、温度勾配による成分が磁気点群に従うことを示した。一方で、時間反転対称性と空間反転対称性を破り、その積が保存する場合は、温度勾配ではフォノン角運動量を生成できないことが分かった。マルチフェロイクス物質などでみられる電気磁気効果の考え方を用いて、外部電場を印加することで結晶格子が微小変形し、時間反転対称性と空間反転対称性の積を破ることでフォノン角運動量が生成されることを提案した。2次元の質点とばねの模型をつくり、電場によって生成されるフォノン角運動量について計算した。これにより、非磁性体と磁性体におけるフォノン角運動量の生成方法が分かった。
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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
平成29年度に、具体的な物質におけるフォノン分散を第一原理計算を用いて計算し、温度勾配によって誘起されるフォノン角運動量のオーダーを見積もり、それが物質の剛体回転に変換した際の角速度を見積もった。また、剛体回転だけでなく原子核の回転運動が生成する磁化を有効電荷を用いて見積もった。次に、磁性体において、対称性から温度勾配によって誘起されるフォノン角運動量が磁気点群に従うことを示した。また、時間反転対称性と空間反転対称性を破り、その積を保存する場合は、電気磁気効果と同様に、外部電場を印加することで結晶が微小変形し、フォノン角運動量が生成されることを提案した。このように、第一原理計算、モデル計算、対称性の解析など理論的手法を用いることで、非磁性体や磁性体におけるフォノン角運動量の生成現象の提案と生成されたフォノン角運動量の観測方法の提案が行えた。これにより、フォノン角運動量と電子スピンや局在スピンの変換に関する研究の準備が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究では非磁性体や磁性体においてフォノン角運動量を生成するにはどのような条件が必要であり、生成されたフォノン角運動量を観測するにはどのような手法が必要かを明らかにしてきた。ここまでに得られたフォノン角運動量の理論を活用し、当初の目的であるフォノン角運動量と電子スピンとの変換について研究を行う。非磁性金属においてフォノン角運動量を誘起したとき、電子スピンにスピン回転結合を適用しスピン蓄積やスピン流などを生成する理論を構築し、模型を立てて計算する。また、マルチフェロイクス物質の様な磁性絶縁体においてフォノン角運動量を誘起したとき、局在スピンにスピンフォノン相互作用を適用しフォノン角運動量がどのような原理で作用するのかを明らかにし、局在スピンとフォノン角運動量の変換機構について模型を立てて、計算する。
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Research Products
(4 results)
