2020 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
| Project/Area Number |
19K05249
|
|---|
| Research Institution | Shizuoka University |
|---|
Principal Investigator |
古門 聡士 静岡大学, 工学部, 教授 (50377719)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
角田 匡清 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80250702)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| 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 / 異方性磁気抵抗効果 / 摂動論 / 厳密対角化 |
|---|
| 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，電気抵抗が磁化方向に依存する現象である異方性磁気抵抗(AMR)効果がある．今回我々は「1. Weak Ferromagnet(FM)のIn-Plane AMR効果」と「2. Strong FMのTransverse AMR(Tr-AMR)効果」を調べた．主な結果は次の通りである．
1. 我々の以前の理論[JPSJ88,034706(2019)]を拡張することで，正方対称結晶場を持つWeak FMのIn-Plane AMR比の解析式を導出した．ここでWeak FMはフェルミ準位(E_F)上のdバンド状態密度(DOS)が両方のspinで有限の系である．得られた式はdεとdγ軌道のspin毎の部分DOSなどで記述された．さらにこの式を典型的なWeak FMであるbcc-Feに適用し，負のAMR比(実験結果)になる場合のdεとdγ軌道の部分DOSの関係を示した．
2. 昨年度我々が開発したAMR効果の数値計算手法を用いて，立方または正方対称結晶場を持つStrong FMのTr-AMR比のDε/Dγ依存性を調べた．ここでStrong FMはE_F上のdバンドDOSがup spin側は0でdown spin側は有限の系であり，Dε(Dγ)はE_F上のdown spinのdε(dγ)軌道の部分DOSを表す．結果としてTr-AMR比は，Dε/Dγ>1では正，Dε/Dγ<1では負，Dε/Dγ=1では0となった．Fe4Nの低温でのTr-AMR比の実験値は正であることから，Fe4NはDε/Dγ>1の系に相当することが予測された．
|
| 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間－伝導電子間相互作用Vに影響を与える伝導電子からd軌道への遷移確率に注目し，その散乱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．特に我々が以前開発したStrong Ferromagnet(FM)のAMR効果の理論[JPSJ88,034706(2019)]を拡張することで，Weak FMのAMR比の解析式を導出した．ここでStrong FMはフェルミ準位(E_F)上のdバンド状態密度(DOS)がup spin側は0でdown spin側は有限の系であり，Weak FMはE_F上のdバンドDOSが両方のspinで有限の系である．この解析式によって，Weak FM(bcc-Feなど)，Strong FM(fcc-Ni, Fe4Nなど)及びハーフメタルを含む種々の強磁性体のAMR効果の解析が可能になった．
|
| Strategy for Future Research Activity |
1. 任意の電流及び磁化方向の場合の異方性磁気抵抗(AMR)効果とTransverse AMR効果の理論的研究を論文にする．
2. 伝導(s)電子からd軌道への遷移確率(s-d散乱)における不純物振動の効果を調べる．
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．
|
| Causes of Carryover |
2020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．2021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．
|
