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2012 Fiscal Year Research-status Report

異なる秩序状態の融合による高感度伝導制御

Research Project

Project/Area Number 24540387
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

森 道康  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 副主任研究員 (30396519)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小椎八重 航  独立行政法人理化学研究所, 交差相関理論研究チーム, 副チームリーダー (20273253)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywordsジョセフソン効果 / シャピロステップ / 電圧標準 / 磁壁 / スピントロニクス / 強磁性ジョセフソン接合
Research Abstract

本研究では、超伝導や強磁性など複数の秩序状態の融合が生み出す、超高感度伝導制御に関する理論構築を目指している。一方、近年電子のスピンをエレクトロニクスに応用するスピントロニクスの急速な進展に伴い、強磁性体内の磁壁を電流で直接制御することが現実のものとなっている。そして、磁気ランダムアクセスメモリーを始めとした様々な応用が研究されている。したがって、磁壁の運動を実時間で高精度かつ高感度で観測する原理の提案は重要である。
今年度は、単一の平面状の磁壁の運動を、超伝導体を用いて高精度で観測する原理に取り組んだ。特に、強磁性体で隔てられた超伝導体の接合(強磁性ジョセフソン接合)を考え、その強磁性体中で磁壁が振動運動している場合の電流電圧特性を、等価回路模型を用いて導いた。磁壁の振動運動は、強磁性体に電流を流すことで誘起することが可能で、確立した実験技術である。我々の用いた等価回路模型は、抵抗とコイルに相当する素子の並列回路で、コイルに相当する素子は、超伝導体間を流れる超伝導電流成分に対応する。超伝導電流成分は磁気との結合があるため、超伝導電流成分を通して磁壁の振動運動の寄与が理論式に取り込まれる。その結果、磁壁の振動数の整数倍に比例定数をかけた電圧のところで、電流電圧特性が階段状に変化しうることを見出した。その比例係数は、プランク定数と素電荷という基礎物理定数のみで決まることが明らかになった。電圧はジョセフソン効果(シャピロステップ)を用いて9桁という極めて高い精度で規定されている。また、基礎物理定数も同様な精度で規定されている。したがって、磁壁の振動数は、これら超高精度で求まっている物理量のみで決まっているので、磁壁の振動数自体が高精度で観測が可能になると期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度計画していた、単一の平面状の磁壁の運動に関する高精度な観測原理を見出すことができた。そして、その結果を認知度の高い学術誌で発表し、プレス発表を行った。この成果は、新聞でも紹介されている。例えば、日刊工業新聞( 平成24年4月19日)、科学新聞(平成24年5月11日)。したがって、研究は概ね順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

これまで達成したのは、単一の平面状の磁壁の単振動運動に関する高精度な観測原理であった。より複雑な運動も、フーリエ変換した周波数空間において特徴的な振動数があれば、これまでの成果を応用可能だと考えられる。一方、より一般的な運動状態や、磁壁構造が単純な平面構造ではなく、磁気渦などの場合に、その運動を超伝導体と組み合わせて、高感度高精度に観測する手法へと発展させていく。磁気渦構造は、ある種の金属では格子を組むことが知られており、それらを応用する研究も進展していることから、その運動を高精度かつ高感度に測定する手段の提案は重要になると考えられる。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

より複雑な磁壁構造を扱うためには、数値計算が不可欠である。磁壁構造の実空間実時間シミュレーションが必要になると想定されるので、大容量記憶装置を搭載した計算機を導入したい。また、今年度得られた成果、およびその後の発展を、日本のみならず世界へと発信すべく、国際会議などへも積極的に参加し、研究成果の周知に努めていく。

  • Research Products

    (9 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Towards precise measurement of oscillatory domain wall by ferromagnetic Josephson junction2012

    • Author(s)
      S. Hikino, M. Mori, W. Koshibae, and S. Maekawa
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 100 Pages: 152402(1-3)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.87.155143

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 遷移金属酸化物にみられる巨大な熱起電力に関する理論的研究2012

    • Author(s)
      小椎八重 航
    • Journal Title

      粉体および粉末冶金

      Volume: 59 Pages: 190-195

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 外因性スピンホール効果におけるサイドジャンプ機構の核電荷依存性2013

    • Author(s)
      森道康
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大東広島キャンパス
    • Year and Date
      20130326-20130329
  • [Presentation] Real-time dynamics in electron-lattice coupled system: Numerical study on an extended double-exchange model2013

    • Author(s)
      W. Koshibae
    • Organizer
      APS March Meeting 2013
    • Place of Presentation
      Baltimore, USA
    • Year and Date
      20130318-20130322
  • [Presentation] Phonon Skew Scattering and Phonon Hall Effect2013

    • Author(s)
      M. Mori
    • Organizer
      The 8-th ASRC International Workshop on Spin Mechanics
    • Place of Presentation
      Tokai, Japan
    • Year and Date
      20130224-20130226
  • [Presentation] 強磁性体を介した超伝導接合の電流電圧特性における磁壁振動の効果2012

    • Author(s)
      森道康
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] 二重交換模型を用いた電子格子結合系の実時間ダイナミクス2012

    • Author(s)
      小椎八重 航
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] Josephson effect involving magnetic domain wall motion2012

    • Author(s)
      M. Mori
    • Organizer
      Materials and Mechanisms of Superconductivity (M2S) 2012
    • Place of Presentation
      Washington DC, USA
    • Year and Date
      20120729-20120803
  • [Presentation] Numerical study of lattice-vibration induced dynamics of electronic state in extended double-exchange model

    • Author(s)
      W. Koshibae
    • Organizer
      QS2C Theory Forum: International Symposium on "Strongly Correlated Quantum Science"
    • Place of Presentation
      University of Tokyo, Japan

URL: 

Published: 2014-07-24  

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