2020 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical study on finite temperature properties of spin transport phenomenon
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20H02190
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
三浦 良雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (10361198)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
増田 啓介 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 研究員 (40732178)
只野 央将 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 研究員 (90760653)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 第一原理計算 / スピン異常ホール効果 / 磁気ダンピング効果 / 磁気抵抗効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は、スピン異常ホール伝導度および異常ホール伝導度のフォノン結合効果に関する計算手法の確立と、代表的な強磁性金属L10-FePt,CoPt,NiPt等に対する計算を行った。
特に、スピン異常ホール効果と異常ホール効果を、運動量演算子の行列要素に対するスピン成分に分解して理論解析を行った。その結果、FePt,CoPt,NiPtのスピン異常ホール伝導度の各スピン状態の寄与は、価電子数の増大とともに系統的に変化することを見出した(論文準備中)。
また、ハーフメタルホイスラー合金の有限温度電子状態計算を行い、スピン偏極率の温度依存性の物質による違いを理論解析した。その結果、sp状態のスピン偏極率の温度依存性は、強磁性転移温度やフェルミ準位と伝導帯とのエネルギー差などに大きく依存し、Co2FeGaGeがCo2MnSiよりsp状態のスピン偏極率の温度依存性が小さいことを明らかにした（論文投稿中）。
また(111)面配向の磁気トンネル接合における磁気抵抗効果の起源を明らかにした。特に、L11-CoX(X=Ni,Pd,Pt)/MgO(111)/L11-CoXのMTJにおいて、多数スピン状態の界面共鳴トンネル効果により、2000%近い磁気抵抗効果が期待できることを見出した。本成果は論文誌（K. Masuda, et al., PRB 103, 064427 (2021).）に掲載された。
更に、スピネルバリアMgGa2O4を用いた磁気抵抗効果の理論解析を行った。Fe/MgAl2O4/Fe(001)の磁気抵抗比は200%～600%とFe/MgO/Fe(001)よりも10分の1程度であるが、面積抵抗が1桁程度小さくなり、低抵抗素子として期待できることを見出した。本成果は論文誌(K. Nawa, et al., PRB 102, 144423 (2020).)に掲載された。
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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
2020年度は、バルク電子状態の温度依存性に関する知見がえられた。また、有限温度におけるスピン輸送特性に関する計算手法の整備を行った。特に、TightBinding模型による磁気抵抗効果の解析において、コヒーレントポテンシャル近似によって有限温度におけるスピンの揺らぎを有効的とりいれて有限温度効果を解析する基盤が構築できた。更に、有効ハミルトニアンを用いた磁気抵抗効果の有限温度計算手法の開発を行い、特にその材料依存性を明らかにするため、第一原理計算から有効模型での計算パラメータの導出を行った。また、有限温度におけるフォノン効果を取りいれた磁気物性の第一原理計算に着手し、その効果を確認することができた。
以上のことから、スピン輸送の有限温度効果を明らかにする基盤がととのっており、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、スピン異常ホール効果、異常ネルンスト効果、磁気ダンピング効果、結晶磁気異方性の計算に対して、フォノンの影響を取り入れて、具体的な有限温度効果の解明に取り組む。また、Tight-binding模型による磁気抵抗効果の温度依存性において、重要な物理因子となる新規な交換相互作用を考慮した理論解析を行い、有限温度磁気抵抗効果の物質依存性を明らかにする。さらに、界面でのスピン輸送特性の有限温度効果を解析する足掛かりとして、多層膜系におけるスピン異常ホール効果および異常ネルンスト効果の第一原理計算を行う。また、2022年度は実際のデバイスを想定し、強磁性金属多層膜や絶縁体/強磁性体界面におけるスピン異常ホール効果、磁気ダンピング効果の第一原理計算を行い、有限温度における振る舞いを明らかにする予定である。
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Research Products
(4 results)
