2013 Fiscal Year Research-status Report
磁性分子マシンに向けたスピンによる動力の生成と制御に関する理論的研究
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25390055
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
古門 聡士 静岡大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50377719)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
角田 匡清 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80250702)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | スピン緩和 / スピン－原子振動相互作用 / スピン軌道相互作用 / 異方性磁気抵抗効果 / 摂動理論 |
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| Research Abstract |
本研究は励起スピンの緩和に関する理論的研究である。ここでの緩和はスピン－原子振動相互作用によって生じるとする。今年度はこの相互作用の導出の際に重要な役割を担う“交換分裂エネルギー(Eex)とスピン軌道(SO)相互作用を持つ3d軌道”に注目した。特に「1. 3d軌道におけるSO相互作用の影響」と「2. 異方性磁気抵抗(AMR)効果」について研究を行った。それぞれの詳細は次の通りである。
1. 3d軌道におけるSO相互作用の影響
結晶場を無視した系に対して、Eexを無摂動、SO相互作用を摂動として摂動理論により3d軌道を求めた。得られた軌道は、SO相互作用が無い系の軌道と比べて磁化(M)方向に歪んだ形になった。例えばupスピンのd軌道に注目するとき、upスピンの軌道(支配的成分)はM方向に縮み、僅かに混じってきたdownスピンの軌道(混成成分)はM方向に伸びた形になった。電子雲の概略図で言うと、支配的成分はM方向を短軸とする大きな楕円、混成成分はM方向を長軸とする小さな楕円として表された。
2. AMR効果
3d軌道におけるSO相互作用の影響を調べるための代表的な現象はAMR効果である。この効果は抵抗率がM方向に依存する現象であるが、電子雲を用いた説明はこれまで報告されてこなかった。今回、本現象は次の(1)、(2)を用いて説明されることを示した。ここで「(1)M方向//軌道z方向」、「(2)抵抗率はフェルミ準位上の3d軌道(電子雲)の電流方向の大きさに依存」である。例えばupスピン側が金属的なハーフメタルの場合、upスピンの電子雲は、1よりM方向を短軸とする楕円として表される。Mを回転させるとき、電子雲(楕円)は(1)よりMとともに回転する。電流方向を固定した上でMを回転させるときは、電子雲(楕円)の電流方向の大きさが変化することになる。従って、(2)より抵抗率はM方向に依存する。
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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
下記の1と2の成果で査読付き論文4報を出版した。
1. スピン緩和に重要な働きをする“スピン軌道(SO)相互作用を持つ3d軌道”の波動関数を解析的に求め、その特性について詳細に調べた。
2. 3d軌道におけるSO相互作用の影響を調べる現象として異方性磁気抵抗効果(AMR)がある。今回、種々の強磁性体に適用できるAMR効果の理論を開発した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. スピン緩和に重要な働きをする“スピン軌道(SO)相互作用を持つ3d軌道”を、結晶場も考慮に入れて摂動理論により求める。
2. SO相互作用と結晶場を考慮に入れた模型を用いてスピン－原子振動相互作用を求める。
3. SO相互作用と結晶場を考慮に入れた模型を用いて異方性磁気抵抗効果の理論を開発する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度は、手計算(摂動計算)による解析計算の後、コンピュータを用いた数値計算を行う予定であったが、研究を進めていくうちに、より高次の摂動計算が必要なことが分かった。そこで、今年度は高次摂動計算を進めた。
コンピュータと計算ソフトを購入する予定である。
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