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2022 Fiscal Year Annual Research Report

核スピン-機械振動コヒーレント結合科学の開拓

Research Project

Project/Area Number 20H02599
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

吉川 貴史  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60828846)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywordsスピントロニクス / 核スピン / 機械振動 / フォノン / スピンゼーベック効果
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、磁性体材料の元素置換を行うことで電子スピン波(マグノン)-フォノン間のコヒーレント結合(マグノンポーラロン)の制御を行い、これに基づいた熱流誘起スピン流現象の研究・モデル検討及び成果取りまとめを行った。対象とした物質は、イットリウム鉄ガーネットY3Fe5O12 (YIG)のYサイトをBi置換したBixY3-xFe5O12 (x = 0, 0.5, 0.9)であり、液相エピタキシー法で作製した薄膜試料を用いた。BixY3-xFe5O12ではBi量xの増加により、磁気弾性結合定数が増大する一方で、音速は減少を示す。前者の特徴は、運動量空間におけるマグノン-フォノン間の混成可能領域(すなわちanti-crossingギャップ)を増加させ、後者の特徴は、マグノンポーラロンの共鳴磁場(マグノンとフォノンの分散が接する磁場値)を減少させる。実際、スピンゼーベック効果の異常増大磁場として観測されるマグノンポーラロン共鳴磁場を、Bi置換により低磁場側に最大2テスラ程度シフトできることが明らかになった。この結果は、Bi置換によるフォノン分散の変化の描像と良く整合する。さらに局所配置と非局所配置でのスピンゼーベック効果の比較を行うことで、異方的なマグノン-ポーラロン輸送が確認された。本結果はマグノン-フォノン間のコヒーレント結合がスピン流輸送に与える影響を解明するための手がかりとなることが期待される。本成果はPhysical Review Materials誌に掲載され、Editors' Suggestionに選出された。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Remarks

【解説記事】吉川貴史, 齊藤英治,“核スピンを利用した熱電変換”日本熱電学会誌 18, 143-144 (2022).
【解説記事】吉川貴史, 齊藤英治,“核スピンゼーベック効果の観測”応用物理 91, 745-749 (2022).

  • Research Products

    (25 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 6 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学ロサンゼルス校(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      カリフォルニア大学ロサンゼルス校
  • [Int'l Joint Research] ヨハネス・グーテンベルク大学マインツ(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      ヨハネス・グーテンベルク大学マインツ
  • [Int'l Joint Research] UCL ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      UCL ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン
  • [Journal Article] Spin and spin current-From fundamentals to recent progress2023

    • Author(s)
      Maekawa Sadamichi、Kikkawa Takashi、Chudo Hiroyuki、Ieda Jun’ichi、Saitoh Eiji
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 133 Pages: 020902

    • DOI

      10.1063/5.0133335

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental observation of nuclear-spin Seebeck effect2023

    • Author(s)
      Kikkawa Takashi、Saitoh Eiji
    • Journal Title

      JSAP Review

      Volume: 2023 Pages: 230403

    • DOI

      10.11470/jsaprev.230403

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Room-Temperature Ferromagnetism Manifests Itself in Ultrathin Pt Films2023

    • Author(s)
      Kikkawa Takashi
    • Journal Title

      JPSJ News and Comments

      Volume: 20 Pages: 02

    • DOI

      10.7566/JPSJNC.20.02

  • [Journal Article] Nonlinear Magnon Polaritons2023

    • Author(s)
      Lee Oscar、Yamamoto Kei、Umeda Maki、Zollitsch Christoph W.、Elyasi Mehrdad、Kikkawa Takashi、Saitoh Eiji、Bauer Gerrit E. W.、Kurebayashi Hidekazu
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 130 Pages: 046703

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.130.046703

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Mechanism of paramagnetic spin Seebeck effect2023

    • Author(s)
      Oyanagi Koichi、Takahashi Saburo、Kikkawa Takashi、Saitoh Eiji
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 107 Pages: 014423

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.107.014423

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spin Seebeck Effect: Sensitive Probe for Elementary Excitation, Spin Correlation, Transport, Magnetic Order, and Domains in Solids2023

    • Author(s)
      Kikkawa Takashi、Saitoh Eiji
    • Journal Title

      Annual Review of Condensed Matter Physics

      Volume: 14 Pages: 129~151

    • DOI

      10.1146/annurev-conmatphys-040721-014957

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Emission of coherent THz magnons in an antiferromagnetic insulator triggered by ultrafast spin-phonon interactions2023

    • Author(s)
      Rongione E.、Gueckstock O.、Mattern M.、Gomonay O.、Meer H.、Schmitt C.、Ramos R.、Kikkawa T.、Micica M.、Saitoh E.、Sinova J.、Jaffres H.、Mangeney J.、Goennenwein S. T. B.、Geprags S.、Kampfrath T.、Klaui M.、Bargheer M.、Seifert T. S.、Dhillon S.、Lebrun R.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 14 Pages: 1818

    • DOI

      10.1038/s41467-023-37509-6

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Advances in Magnetics Roadmap on Spin-Wave Computing2022

    • Author(s)
      Chumak A. V.、Kabos P.、Wu M.、Abert C.、Adelmann C.、Adeyeye A. O.、Akerman J.、Aliev F. G.、Anane A.、Awad A.、Back C. H.、Barman A.、Bauer G. E. W.、Becherer M.、Beginin E. N.、Bittencourt V. A. S. V.、Blanter Y. M.、Bortolotti P.、Boventer I.、Bozhko D. A.、Kikkawa T. et al
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Magnetics

      Volume: 58 Pages: 0800172

    • DOI

      10.1109/TMAG.2022.3149664

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Observation of spin-current striction in a magnet2022

    • Author(s)
      Arisawa Hiroki、Shim Hang、Daimon Shunsuke、Kikkawa Takashi、Oikawa Yasuyuki、Takahashi Saburo、Ono Takahito、Saitoh Eiji
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13 Pages: 2440

    • DOI

      10.1038/s41467-022-30115-y

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Deciphering quantum fingerprints in electric conductance2022

    • Author(s)
      Daimon Shunsuke、Tsunekawa Kakeru、Kawakami Shinji、Kikkawa Takashi、Ramos Rafael、Oyanagi Koichi、Ohtsuki Tomi、Saitoh Eiji
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13 Pages: 3160

    • DOI

      10.1038/s41467-022-30767-w

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Composition-tunable magnon-polaron anomalies in spin Seebeck effects in epitaxial BixY3-xFe5O12 films2022

    • Author(s)
      Kikkawa Takashi、Oyanagi Koichi、Hioki Tomosato、Ishida Masahiko、Qiu Zhiyong、Ramos Rafael、Hashimoto Yusuke、Saitoh Eiji
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 6 Pages: 104402

    • DOI

      10.1103/PhysRevMaterials.6.104402

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 核スピンを利用した低温熱電変換 (Nuclear-spin driven low-temperature thermoelectric effect)2023

    • Author(s)
      吉川貴史, 齊藤英治
    • Organizer
      第14回 低温科学研究センター研究交流会
  • [Presentation] キャント反強磁性体MnCO3のマイクロ波分光2023

    • Author(s)
      巻内崇彦, 吉川貴史, シッチャヌギリッツ タナポーン, 沼田淳希, 高橋三郎, 齊藤英治
    • Organizer
      第14回 低温科学研究センター研究交流会
  • [Presentation] 原子核を利用したスピントロニクスの開拓2023

    • Author(s)
      吉川貴史
    • Organizer
      第4回若手放談会:エキゾチック核物理の将来
    • Invited
  • [Presentation] Microwave spectroscopy for field dispersions in MnCO3 (MnCO3磁場分散のマイクロ波分光)2023

    • Author(s)
      巻内崇彦, 吉川貴史, シッチャヌギリッツ タナポーン, 沼田淳希, 高橋三郎, 齊藤英治
    • Organizer
      第70回 応用物理学会 春季学術講演会
  • [Presentation] 超伝導体MoGeにおける非線形熱電効果2023

    • Author(s)
      有沢洋希, 藤本雄人, 吉川貴史, 齊藤英治
    • Organizer
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [Presentation] 超伝導体MoGeにおける非線形熱電効果の観測に向けた測定手法の開発と理論モデル2023

    • Author(s)
      藤本雄人, 有沢洋希, 吉川貴史, 齊藤英治
    • Organizer
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [Presentation] NiMnSbにおける核-電子スピン共鳴スペクトロスコピー2023

    • Author(s)
      吉川貴史, 沼田淳希, 窪田崇秀, 関剛斎, 中堂博之, 巻内崇彦, 埋田真樹, 高梨弘毅, 齊藤英治
    • Organizer
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [Presentation] Microwave spectroscopy of canted antiferromagnet MnCO32022

    • Author(s)
      T. Makiuchi, T. Kikkawa, T. Sichanugrist, J. Numata, S. Takahashi, and E. Saitoh
    • Organizer
      29th International Conference on Low Temperature Physics (LT23)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of nuclear-spin Seebeck effect in Pt/MnCO32022

    • Author(s)
      T. Kikkawa, D. Reitz, H. Ito, T. Makiuchi, T. Sugimoto, K. Tsunekawa, S. Daimon, K. Oyanagi, R. Ramos, S. Takahashi, Y. Shiomi, Y. Tserkovnyak, and E. Saitoh
    • Organizer
      SPIE Nanoscience + Engineering, Spintronics XV
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 第11回エヌエフ基金研究開発奨励賞

    • URL

      https://nf-foundation.or.jp/award/list/2022/winner.html

  • [Remarks] 第14回低温科学研究センター研究交流会 ベスト・プレゼンテーション・アワード

    • URL

      http://www.crc.u-tokyo.ac.jp/kenkyukoryu/index.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

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