2014 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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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
古門 聡士 静岡大学, 工学研究科, 准教授 (50377719)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
角田 匡清 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80250702)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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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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| Outline of Annual Research Achievements |
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。この相互作用ではスピン軌道(SO)相互作用を持つ3d軌道が重要な役割を果す。前年度は結晶場を無視した3d軌道に対してSO相互作用が及ぼす影響を調べた。今年度はSO相互互作用と結晶場を考慮に入れた3d軌道の磁化方向依存性を調べた。特に「1. 3d軌道のφ依存性」と「2. 強磁性体の異方性磁気抵抗(AMR)比のφ依存性」に取り組んだ。ただし、φは磁化(xy面内)とx軸の間の相対角である。詳細は以下の通りである。
1. 3d軌道のφ依存性
結晶場エネルギーΔ、交換分裂エネルギーH、SO相互作用(結合定数はλ)から成る3d電子のハミルトニアンに対して摂動理論により波動関数を求めた。その波動関数では、注目しているある軌道に別の軌道(混成軌道)が僅かに混ざってくるが、その混成軌道の確率振幅はcos2φまたはsin2φを含むことを示した。
2. 強磁性体のAMR比のφ依存性
3d軌道のφ依存性を調べるための代表的な現象はAMR効果である。この効果の効率AMR(φ)は[(φでの抵抗率)-(φ=π/2での抵抗率)]/(φ=π/2での抵抗率)として定義される。電流方向をx方向とするとき、結晶場を無視した系ではAMR(φ)=C0+C2cos2φになり、正方対称結晶場を考慮に入れた系ではAMR(φ)=C0+C2cos2φ+C4cos4φになることを伝導理論により示した。ここでC0、C2、C4はΔ、H、λで表され、C2cos2φ項は混成軌道の確率振幅の実部、C4cos4φ項は混成軌道の確率に関係付けられた。さらに正方対称結晶場ではC4≠0、立方対称結晶場ではC4=0になった。なお、このC4cos4φ項はFe4Nなどの強磁性体のAMR実験で観測されている。
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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
1. スピン緩和に重要な働きをする“スピン軌道相互作用と結晶場エネルギーを持つ3d軌道”の波動関数を解析的に求め、その特性について調べた。
2. 3d軌道におけるスピン軌道相互作用の影響を調べるための異方性磁気抵抗効果に関して、種々の強磁性体に適用できる理論を開発した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. スピン軌道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。
2. 昨年度開発した異方性磁気抵抗効果の理論を用いてFe4Nなどの強磁性体のAMR実験の結果を解析する。
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| Causes of Carryover |
平成26年度は、まず単純モデルに対して手計算（摂動計算）による理論構築を行い、次にコンピュータによる数値計算を行った。数値計算は比較的小規模なものだったので既存のマシンを用いた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成26年度に開発した理論を実際の物質へ適用するため、大規模数値計算用の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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[Presentation] Novel approach to investigate spin-polarization in half-metallic Heusler compounds via anisotropic magnetoresistance effect2014
Author(s)
Y. Sakuraba, S. Kokado, Y. Hirayama, T. Furubayashi, H. Sukegawa, S. Li, Y. K. Takahashi, and K. Hono
Organizer
The 59th Annual Magnetism and Magnetic Materials Conference
Place of Presentation
Hilton Hawaiian Village, Honolulu, Hawaii, USA
Year and Date
2014-11-03 – 2014-11-07
Invited
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