2019 Fiscal Year Research-status Report
超高周波ワイヤレス給電に向けたスピンを介した分子運動－電気伝導変換の理論的研究
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19K05249
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
古門 聡士 静岡大学, 工学部, 教授 (50377719)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
角田 匡清 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80250702)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 伝導電子－局在スピン間相互作用 / スピン－分子振動相互作用 / スピン緩和 / スピン軌道相互作用 / 異方性磁気抵抗効果 / 摂動理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は局在スピンを介した分子運動－伝導電子間相互作用Vに関する理論的研究である．このVの構築には，Vに大きな影響を与え得る伝導(s)電子からd軌道への遷移確率(s-d散乱)を詳細に調べる必要がある．s-d散乱を調べる手法として，異方性磁気抵抗(AMR)効果がある．このAMR効果は電気抵抗が磁化方向に依存する現象である．今回我々は任意の電流及び磁化方向の場合のAMR比の計算手法を開発した．AMR比はAMR^i(θ,φ)=[r^i(θ,φ)-r^i(θ_0,φ_0)]/r^i(θ_0,φ_0)として定義され，r^i(θ,φ)は電流方向i及び磁化方向(θ,φ)のときの抵抗率である．主な結果は次の通りである．
1. ボルツマン理論を用いてr^i(θ,φ)とAMR^i(θ,φ)を数値的に求める手法を開発した．ここでr^i(θ,φ)にはs-d抵抗率が含まれており，s-d抵抗率は伝導電子からd軌道波動関数への遷移確率に相当する．d軌道波動関数はd軌道のハミルトニアンに厳密対角化法を適用することで数値的に求める．ここでハミルトニアンは，交換分裂エネルギー，結晶場エネルギー及びスピン軌道相互作用からなる．
2. 1の手法を用いて強磁性体のTransverse AMR(Tr-AMR)効果を調べた．本Tr-AMRでは電流Iは[100]方向で磁化は(100)面内にあるとし，AMR比はAMR^[100](θ,π/2)={r^[100](θ,π/2)-r^[100](0,0)}/r^[100](0,0)で与えられた．AMR^[100](θ,π/2)は，立方対称結晶場では4回対称(cos4θ)成分のみであり，正方対称結晶場では4回対称と2回対称(cos2θ)の成分からなった．なお，Fe4NのTr-AMR効果では4回対称と2回対称の両成分が実験で観測されており，本研究の正方対称結晶場の結果とよく対応した．
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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
局在スピンを介した分子運動－伝導電子間相互作用に影響を与え得る伝導電子からd軌道への遷移に注目し，その遷移が寄与する異方性磁気抵抗(AMR)効果について理論的研究を行った．特に電流と磁化が任意方向の場合の強磁性体のAMR比の計算手法を開発した．この手法を用いることで，種々の強磁性体の様々なAMR効果を解析できるようになった．
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 前年度開発したAMR比の数値計算手法を論文にする．
2. Transverse AMR比の式を導出する．
3. スピン軌道相互作用と結晶場を考慮に入れた模型を用いて局在スピンを介した伝導電子－分子運動間相互作用を求める．
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| Causes of Carryover |
昨年度は，まず単純モデルに対して手計算（摂動計算）による理論構築を行い，次にコンピュータによる数値計算を行った．数値計算は比較的小規模なものだったので既存のマシンを用いた．このため残額が生じた．2020年度はこの残額を大規模数値計算用コンピューターの購入のための経費として計上する．
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