2021 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

Research Project

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 – 2023-03-31
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 / スピン軌道相互作用 / 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. 電流と磁化が任意の方向の場合の強磁性体の電気抵抗率ρの式の導出」及びそれを用いた「2. Strong ferromagnetのFe4NのIn-plane AMR効果とTransverse AMR効果の計算」を行った．主な結果は次の通りである． 1. 以前我々が開発した不純物による電子の散乱理論を用いて，電流と磁化が任意の方向の場合の強磁性体のρの式を導出した．特にStrong ferromagnetではρ∝PεDε+PγDγとして表された．ただし，Dε(Dγ)はフェルミ準位上のdown spinのdε(dγ)軌道の部分状態密度，Pε(Pγ)はdown spinのdε(dγ)軌道の電流方向の確率密度を表し，Pε+Pγ=一定を満たす．Dε=Dγのときρは磁化方向に依らず一定であり，Dε≠Dγのときρは磁化方向に依った． 2. 上記ρを用いて，立方対称結晶場を持つFe4NのIn-plane AMR効果とTransverse AMR効果を調べた．ここでは以前Fe4Nに対して評価されたDε/Dγ=1.22を用いた．電流(x方向)と磁化の相対角をθとするとき，In-plane AMR効果は2回対称(cos2θ)成分を持つ負のAMR, Transverse AMR効果は4回対称(cos4θ)成分を持つ正のAMRが得られた．これらの結果はT=50KでのFe4Nの実験結果と定性的によく合うことが確認された．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 今年度は「電流と磁化が任意の方向の異方性磁気抵抗(AMR)効果の理論」の論文の執筆とその論文のための追加計算に時間を要した．この理論は従来理論を一般化したものであり，難易度の高いチャレンジングな研究課題であった．主な数値計算は昨年度に終えていたが，論文の質を上げるために膨大な解析計算と深い考察を必要とした．一方，昨年度はオンライン授業の実施により授業動画の作成等にも時間をとられた．結果として，この1年間は本論文の執筆と論文のための追加計算に追われ，目標としていた「Strong ferromagnetのFe4NのIn-plane AMR, Out-of-plane AMR, Transverse AMR効果の理論」の論文作成までには至らなかった．
Strategy for Future Research Activity	1. Fe4NのIn-plane異方性磁気抵抗(AMR), Out-of-plane AMR及びTransverse AMR効果の理論の論文を執筆する． 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	昨年度は，まず手計算（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．2022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．