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2014 Fiscal Year Research-status Report

磁化運動および力学運動を用いたスピン流制御の理論

Research Project

Project/Area Number 24740247
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

家田 淳一  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 副主任研究員 (20463797)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2016-03-31
Keywordsスピン流 / スピン起電力 / 磁化ダイナミクス / 磁気バブル / 磁場勾配 / 液体金属 / 国際情報交換 / ドイツ
Outline of Annual Research Achievements

1 スピン起電力の出力増大と応用を目的とした磁気バブル格子の理論・数値解析を行い、磁場勾配から電圧生成が可能であることをはじめて示すとともに、出力電圧が磁気バブルの配列数に比例して増大することを明らかにした(Scientific Reports)。本研究はドイツマインツ大学との国際共同研究成果であり、3月に開催された第70回日本物理学会年次大会においても口頭発表した。
2 ラシュバ型スピン軌道相互作用による界面磁気異方性の理論を発展させるとともに、学会及び研究会(日本物理学会、及び応用電子物性分科会研究会)において招待講演を行った。
3 日立製作所と共同で出願していた特許2件(磁気メモリ、スピン流制御装置)が登録された。
4 力学的スピン流生成の理論に関して、東北大学で行われた国際研究会Spin Mechanics 2において招待講演を行った。また、液体金属の流れからのスピン流生成の手法として、スピン回転結合に基づく微視的理論構築を行った。この成果は、実験グループとの共著論文として論文投稿し現在査読中である。
5 力学回転運動によるバーネット磁場の核磁気共鳴法を用いた観測結果に関して、理論的な考察を行い実験グループとの共著論文として成果発表を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度の研究計画に掲げた、「複合磁気構造の集団運動によるスピン起電力の出力増大」という中心課題に対し、磁場勾配による磁気バブル格子の運動を解析することで、実際に出力電圧が磁気バブルの配列数に比例して増大することを示し論文・学会で発表を行った。本成果は、スピンを用いたエネルギー変換技術の新しい可能性を切り開くものとして、理論・実験の両面で今後の発展が期待される。また、実験グループとの連携に関しても、ドイツマインツ大学で行われている回転磁場による強磁性ナノリング中の磁壁運動とそれに伴うスピン起電力の理論解析を担当している。
もう一つの中心課題である、力学運動からのスピン流生成に関しては、特に所属研究機関の実験グループで行われた「液体金属の流体運動からのスピン流生成実験」の微視的理論構築に成功した。本成果は、スピン流物性の舞台を従来の固体から流体に拡張する画期的な試みであり、流体スピントロニクスという新分野を切り開く可能性を秘めている。
以上のことから、本研究は極めて順調に進展していると判定した。

Strategy for Future Research Activity

最終年度として、磁化運動および力学運動を用いたスピン流制御の理論の統一的な視点を得ることを主眼に置く。また、関連する実験グループとの共同研究を加速し、成果発表につなげる。
磁化運動に関しては、引き続き磁気バブル格子のスピン起電力に注目して理論及び数値計算法を発展させる。特に、国内実験グループで計画されているスピン起電力実験を想定し、具体的な対象物質として垂直磁化膜強磁性体であるTbFeCo薄膜に焦点を当てる。この際に、スピン軌道相互作用の影響や、フェリ磁性体としての性質などへの理論拡張を試みる。また本件に関しては、ドイツマインツ大学J. Sinova教授の研究室への長期滞在を行い連携を深める。同教授の研究室には多くのスピン流研究者が滞在中または滞在予定であり、その国際研究ネットワークも本研究計画達成に大きく寄与するものである。
力学運動とスピン流の相互作用に関しても、連携を深めてきた実験グループとの複数の共同研究テーマが着実に実りつつある。これらを成果発表の段階まで完了させるとともに、理論的な見地から新しい研究の方向性を打ち出す。

Causes of Carryover

H26年度はおおむね研究計画通りの支出であった。繰越金は、H25年度海外出張の取りやめによりに生じた旅費相当分である。

Expenditure Plan for Carryover Budget

ドイツマインツ大学への長期出張滞在費として使用する。

  • Research Products

    (18 results)

All 2015 2014 2013 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 5 results) Remarks (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Rotational Doppler Effect and Barnett Field in Spinning NMR2015

    • Author(s)
      H. Chudo, K. Harii, M. Matsuo, J. Ieda, M. Ono, S. Maekawa, and E. Saitoh
    • Journal Title

      Journal of Physical Society of Japan

      Volume: 84 Pages: 043601(1-4)

    • DOI

      doi:10.7566/JPSJ.84.043601

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Theory of mechanical spin current generation via spin-rotation coupling2014

    • Author(s)
      J. Ieda, M. Matsuo, and S. Maekawa
    • Journal Title

      Solid State Communications

      Volume: 192 Pages: 52-56

    • DOI

      doi:10.1016/j.ssc.2014.02.003

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Theory of mechanical spin current generation via spin-orbit coupling2014

    • Author(s)
      M. Matsuo, J. Ieda, and S. Maekawa
    • Journal Title

      Solid State Communications

      Volume: 192 Pages: 57-60

    • DOI

      doi:10.1016/j.ssc.2013.08.005

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Thermal engineering of non-local resistance in lateral spin valves2014

    • Author(s)
      S. Kasai, S. Hirayama, Y. K. Takahashi, S. Mitani, K. Hono, H. Adachi, J. Ieda, and S. Maekawa
    • Journal Title

      Applied Physical Letters

      Volume: 104 Pages: 162410(1-4)

    • DOI

      doi:10.1063/1.4873687

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Observation of Barnett fields in solids by nuclear magnetic resonance2014

    • Author(s)
      H. Chudo, M. Ono, K. Harii, M. Matsuo, J. Ieda, R. Haruki, S. Okayasu, S. Maekawa, H. Yasuoka, and E. Saitoh
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 7 Pages: 063004(1-4)

    • DOI

      doi:10.7567/APEX.7.063004

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Spinmotive force due to motion of magnetic bubble arrays driven by magnetic field gradient2014

    • Author(s)
      Y. Yamane, S. Hemmatiyan, J. Ieda, S. Maekawa, and J. Sinova
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 4 Pages: 6901(1-5)

    • DOI

      doi:10.1038/srep06901

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 磁場勾配により駆動された磁気バブル配列の運動によるスピン起電力2015

    • Author(s)
      家田淳一、山根結太、S. Hemmatiyan、J. Sinova、前川禎通
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2015-03-22 – 2015-03-22
  • [Presentation] Physics of Spin Current and Magnetization Dynamics"(Introduction to Spintronics)2015

    • Author(s)
      J. Ieda
    • Organizer
      TUHEP Seminar
    • Place of Presentation
      Tohoku University
    • Year and Date
      2015-01-15 – 2015-01-15
    • Invited
  • [Presentation] 強磁性超薄膜のラシュバ効果ー磁気異方性の電界制御とスピン起電力2014

    • Author(s)
      家田淳一
    • Organizer
      応用物理学会応用電子物性分科会/スピントロニクス研究会共催研究会
    • Place of Presentation
      首都大学東京 秋葉原サテライトキャンパス
    • Year and Date
      2014-11-25 – 2014-11-25
    • Invited
  • [Presentation] Effect of spinmotive force on spin current in nonlocal spin valves2014

    • Author(s)
      J. Ieda, M. Ichimura, S. Takahashi, S. Maekawa
    • Organizer
      59th Annual Conference of Magnetism and Magnetic Materials (MMM2014)
    • Place of Presentation
      Honolulu, USA
    • Year and Date
      2014-11-07 – 2014-11-07
  • [Presentation] ラシュバ効果による界面磁気異方性の理論2014

    • Author(s)
      家田淳一
    • Organizer
      日本物理学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学
    • Year and Date
      2014-09-09 – 2014-09-09
    • Invited
  • [Presentation] Renormalization of spin-rotation coupling and Barnett fields2014

    • Author(s)
      J. Ieda
    • Organizer
      Spin Mechanics 2
    • Place of Presentation
      Sendai, Japan
    • Year and Date
      2014-06-21 – 2014-06-24
    • Invited
  • [Presentation] Spinmotive Forces-magnetic bubbles, SOI, and PMA-2014

    • Author(s)
      J. Ieda
    • Organizer
      SPANISH-JAPANESE WORKSHOP ON “NANOSCIENCE AND NEW MATERIALS FOR ENVIRONMENTAL CHALLENGES”
    • Place of Presentation
      Granada, Spain
    • Year and Date
      2014-06-18 – 2014-06-20
    • Invited
  • [Remarks] 個人HP:

    • URL

      http://asrc.jaea.go.jp/soshiki/gr/mori-gr/ieda/

  • [Remarks] JAEA広報誌33号掲載記事:

    • URL

      http://www.jaea.go.jp/05/genki/genki33.pdf#page=8

  • [Remarks] 研究グループの成果紹介(基礎科学ノートVol.22):

    • URL

      http://asrc.jaea.go.jp/publication/note/pdf/37kagaku/37_04.pdf

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 磁気メモリ2013

    • Inventor(s)
      市村雅彦、菅野量子、家田淳一、前川禎通
    • Industrial Property Rights Holder
      日立製作所、日本原子力研究開発機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      5626741
    • Filing Date
      2013-11-14
    • Acquisition Date
      2014-10-10
  • [Patent(Industrial Property Rights)] スピン流制御装置2013

    • Inventor(s)
      市村雅彦、家田淳一、前川禎通
    • Industrial Property Rights Holder
      日立製作所、日本原子力研究開発機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      5649198
    • Filing Date
      2013-11-14
    • Acquisition Date
      2014-11-21

URL: 

Published: 2016-06-01  

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