2014 Fiscal Year Annual Research Report
メゾスコピック系における非平衡スピン輸送の微視的理解とその制御
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26220711
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小林 研介 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10302803)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小栗 章 大阪市立大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10204166)
江藤 幹雄 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (00221812)
加藤 岳生 東京大学, 物性研究所, 准教授 (80332956)
内海 裕洋 三重大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10415094)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | ゆらぎ / スピン依存伝導 / 近藤効果 / 非平衡 / 量子液体 / 位相 / 熱流 / 国際研究者交流 フランス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、固体素子における非平衡スピン輸送過程を微視的に完全に明らかにすることを目的とする。「ゆらぎ」という新しい観点から輸送の素過程を解明し制御することによって、スピン依存伝導とスピントロニクス分野にに本質的な新展開をもたらすことを目指す。
小林は、トンネル接合におけるスピン流に伴うショット雑音の検出に成功した。この成果は、スピン流が実体として存在することを、ゆらぎという観点から示したことになる。また、量子ドット系において、近藤効果を実現し、非平衡における振る舞いを定量的に解明した。これは量子多体系の非平衡状態に対するこれまでで最も精密な実験である。小栗は、SU(2)およびSU(4)近藤効果における非平衡電流・電流ゆらぎの数値くりこみ群(NRG)を用いた理論計算を行い、上記実験との精密な比較を行った。阪野は小栗と共同で量子ドットの絶対零度の線形電流雑音を、微視的局所フェルミ流体論に基づき導出した。これは、伝導度とゆらぎを用いて、近藤相関の対称性の分類や、複数の透過係数を特定できることを明らかにしたものである。江藤は量子ドットを微小リングに埋め込んだアハラノフ・ボーム干渉計の電気伝導特性を記述する一般的なモデルを導出した。クーロン振動の電流ピークの形状、および４端子測定で得られる電子の位相情報を定量的に評価した。また、近藤温度が端子の数に依存しないことを示した。加藤は強い外場下に置かれた非平衡量子ドット系についてケルディッシュ形式の場の理論によ る定式化を行い、非平衡電流揺らぎの評価を行った。内海は、量子ポイントコンタクトにおいて、熱流および電流の確率分布の解析的な表式をガウス近似で求めた。またアハロノフ・ボーム干渉計における熱流および電流の同時確率分布を検討した。ナノ磁性体を微小エンジンとみなすことで、揺らぎの定理を満たす形で反転確率の計算も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
実験的な技術の向上や、スピンショット雑音の観測など、実験面での大きな進展が見られた。特に、近藤効果についての実験と理論は、代表者と分担者らとの緊密な連携なしにはなし得なかったものであり、本研究課題が当初の計画以上に進展しているものと判断される。昨年度得られた理論面での進展は、実験へフィードバックが可能であり、研究代表者・分担者・連携者で効率的な研究態勢が確立されている。なお、スピンショット雑音に関する成果は、Phys. Rev. Lett誌のハイライト論文（Editors' suggestion）に選出された（2015年1月）。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題が昨年度順調に進展したことから、今後も、当初計画通り遂行する。計画遂行上の問題点は無い。今後は、近藤効果におけるゆらぎと量子液体、超伝導相関、熱流、ゆらぎの定理拡張などのトピックに関して、実験と理論の緊密な連携を行いながら、研究課題の遂行を行う。
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| Remarks |
・受賞 平成26年7月8日、第3回大阪大学総長顕彰・研究部門、大阪大学（小林）／第9回日本物理学会若手奨励賞（領域4）（阪野）
・アウトリーチ：小林は高校生・一般を対象とした研究室公開・模擬授業を計6回開催（2014/8/5, 8/6, 8/12, 10/25, 11/15, 11/22）。江藤はオープンキャンパスで研究活動紹介（2014/8/20）。
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[Journal Article] Shot Noise Induced by Nonequilibrium Spin Accumulation2015
Author(s)
Tomonori Arakawa, Junichi Shiogai, Mariusz Ciorga, Martin Utz, Dieter Schuh, Makoto Kohda, Junsaku Nitta, Dominique Bougeard, Dieter Weiss, Teruo Ono, and Kensuke Kobayashi
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 114
Pages: 016601-1-5
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Shot noise induced by nonequilibrium spin accumulation2014
Author(s)
Tomonori Arakawa, Junichi Shiogai, Mariusz Ciorga, Martin Utz, Dieter Schuh, Makoto Kohda, Junsaku Nitta, Dominique Bougeard, Dieter Weiss, Teruo Ono, Kensuke Kobayashi
Organizer
The 1st International Symposium Interactive Materials Science Cadet Program
Place of Presentation
ホテル阪急エキスポパーク（大阪）
Year and Date
2014-11-16 – 2014-11-19
Invited
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[Presentation] Micromagnetic simulation of Snell’s law for spin waves2014
Author(s)
Hiroshi Hata, Takahiro Moriyama, Kenji Tanabe, Kensuke Kobayashi, Ryo Matsumoto, Shuichi Murakami, Jun-ichiro Ohe, Daichi Chiba, and Teruo Ono
Organizer
59th Annual Magnetism and Magnetics Materials Conference
Place of Presentation
Honolulu, Hawaii（USA）
Year and Date
2014-11-03 – 2014-11-07
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[Presentation] Shot noise in graphene pn junction in quantum Hall regime2014
Author(s)
Shunpei Takeshita、 Sadashige Matsuo、 Takahiro Tanaka、 Shu Nakaharai、 Kazuhito Tsukagoshi、 Takahiro Moriyama、 Teruo Ono、 Kensuke Kobayashi
Organizer
4th Summer School on Semiconductor/Superconducting Quantum Coherence Effects and Quantum Information
Place of Presentation
ホテルサンバレー那須（栃木）
Year and Date
2014-09-11 – 2014-09-13
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[Presentation] Observation of Spin Shot Noise2014
Author(s)
Tomonori Arakawa, Junichi Shiogai, Mariusz Ciorga, Martin Utz, Dieter Schuh, Makoto Kohda, Junsaku Nitta, Dominique Bougeard, Dieter Weiss, Teruo Ono, Kensuke Kobayashi
Organizer
the 32nd International Conference on Physics of Semiconductors (ICPS2014)
Place of Presentation
Austin, Texas（USA）
Year and Date
2014-08-10 – 2014-08-15
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[Presentation] Crossover Between SU(2) & SU(4) Kondo Effects in a Carbon Nanotube Probed by Shot-Noise2014
Author(s)
Meydi Ferrier, Tomonori Arakawa, Ryo Fujiwara, Tokuro Hata, Kensuke Kobayashi, Richard Deblock, Raphaelle Delagrange, Helene Bouchiat, Rui Sakano, Akira Oguri
Organizer
the 32nd International Conference on Physics of Semiconductors (ICPS2014)
Place of Presentation
Austin, Texas（USA）
Year and Date
2014-08-10 – 2014-08-15
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