2018 Fiscal Year Annual Research Report
音波を用いたスピン流の高効率生成と伝導制御に関する研究
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18H03867
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
能崎 幸雄 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30304760)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前川 禎通 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, 上級研究員 (60005973)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スピン流 / スピン渦度結合 / 表面弾性波 / スピン波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、クラーク数の大きい環境低負荷な材料を新しいスピン流源として利用することを目的として、音波注入による渦状の弾性変形（渦度）を与えた際の金属薄膜中の伝導電子スピンの微視的散乱機構解明を目指す。本年度は、①強磁性共鳴を用いない交流スピン流検出方法の開発と、②音波注入により生成したスピン流強度の材料パラメータ依存性を詳しく調べ、以下の成果を得た。
① スピン渦度結合に由来するスピン流は、渦度の周波数に大きく依存する。微視的理論では、周波数の異なる2種類のスピン流発現機構が予言されており、音波注入によるスピン流生成がどのような微視的機構に由来するものなのかを明らかにするうえで、スピン流強度の周波数依存性は極めて有用な知見を与える。生成した交流スピン流により励起したスピン波強度の表面弾性波周波数依存性を測定した結果、理論予言された一方の発現機構が支配的であり、定常的な渦度がスピン流生成に重要な役割を果たすことが明らかになった。
② 音波注入によるスピン流生成においてスピン軌道相互作用がどのように寄与するのかを明らかにすることは、本手法を用いたスピントロニクスデバイスの材料設計において重要な知見を与えるだけでなく、微視的機構の解明に大きく貢献する。そこで、スピン流生成源となる金属膜の電気伝導度、およびスピン軌道相互作用の大きさが異なるCu, Pt, Tiに対してスピン流強度を評価した。その結果、電気伝導度の高い金属で大きなスピン流が生成されること、およびスピン軌道相互作用が大きく異なるCuとPtで同程度のスピン流を生成できることを明らかにした。これは、スピン渦度結合にスピン軌道相互作用がほとんど関与しないことを示す極めて重要な結果である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
スピン渦度結合により生成されたスピン流の周波数依存性と材料依存性を明らかにした本年度の研究成果は、理論予言されていた2種類のスピン流生成機構のどちらが表面弾性波を用いたスピン流生成において主たる役割を果たすのかの問いに明確な解答を与えるものであり、3年間の本研究プロジェクトの最終目標の一つでもある。初年度終了段階でこれらの研究成果を得ており、当初の想定よりも大きな進捗といえる。さらに、半導体へのスピン流生成や音波を用いたスピン起電力の生成など、本プロジェクトの最終目標実現に大きく近づいたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
音波注入によるスピン流生成においてスピン軌道相互作用がどのように寄与するのかを明らかにすることは、本手法を用いたスピントロニクスデバイスの材料設計において重要な知見を与えるだけでなく、微視的機構の解明に大きく貢献すると考えられる。音波注入によるスピン起電力生成に適したスピン波の条件を明らかにするため、有限要素法を用いた電磁界計算と磁化ダイナミクスを求めるマイクロマグネティクス計算を融合させた計算プログラムを開発し、実験結果の定量解析をさらに進める。
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