2019 Fiscal Year Research-status Report
Theory of magnetic control utilizing photoelectrons with optical vortex
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19K03688
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
余越 伸彦 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90409681)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 光渦 / 半導体量子井戸 / カイラル磁性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
軌道角運動量もつ光（光渦）はその特徴的な空間構造をもち、物質に照射すると通常とは異なる光学遷移を起こす。このことは、光の軌道角運動量が物質内の伝導電子に新しい自由度をもたらす可能性を示唆する。光の軌道角運動量の情報を受けた光電子により物質中の磁気を生成・変調することが可能となれば、科学的興味のみならず、磁気デバイスの新しい情報処理技術の開発へと波及する可能性も持つ。
これまでの研究により、光渦ビームを照射された半導体GaAs量子井戸においては、伝導電子の分散関係について局所密度近似の下で導出し、光渦由来のスピンー軌道相互作用が運動量空間におけるベリーの位相の性質を大きく変調し、そのことによりスピン電流が通常のスピンホール効果から変化することを明らかにした。またMoS2などの単層遷移金属ダイカルコゲナイドに光渦ビームを照射した場合についても、同様に光学遷移選択則の変化に伴う光渦誘起のスピン-軌道相互作用が、電子スピン伝導に大きな影響を与えうることを解析的に示すことができた。
一方で、カイラル磁性体に同様に共鳴光渦ビームを照射することにより起こる磁気秩序の変調については、その変調の度合いについて光渦の強度や局在スピンのギルバートダンピングの大きさに対する依存性を明らかにした。この結果に基づいて、現在のところ、購入・設置した計算機サーバーを用いて、スピン波の分散関係について数値計算を行なっている。
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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
予定通り、半導体量子井戸における伝導電子の分散関係について局所密度近似の下で導出することができ、同様の効果を他の物質においても確認することができた。カイラル磁性体における光渦照射については、多くのパラメーター依存性を明らかにすることができ、現在論文を投稿中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
購入・設置した計算機サーバーを活用することで、これまで導出した解析計算では難しかった領域について明らかにする。半導体量子井戸における伝導電子については、局所密度近似を超えた計算により、渦中心からより離れた領域におけるスピン構造とスピン電流の計算を行う。またカイラル磁性体の変調されたスピン波の分散関係を導出し、スピン波の伝搬と光渦照射の影響の非局所性について調べる。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス蔓延の影響により、年度後半において複数の成果発表の出張を中止したため、主に旅費の予算を執行できなかった。今年度は、ウィルスの収束度合いにもよるが、前年度で得られた成果についても発表活動を精力的に行う。また執筆論文の英文校正費や掲載費にも当てる予定である。
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