Pt/強磁性体複合構造における超スピン流物性の開拓と構造依存性

• 研究課題/領域番号: 10J05780
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(実験)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 梶原 瑛祐 東北大学, 大学院・理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 2012年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: スピン流 / 超スピン流 / スピン波スピン流 / スピンポンピング / Mott絶縁体 / スピントルク / (逆)スピンホール効果 / パラメトリック励起 / スピン波共鳴

研究概要

磁場を介しないスピン制御に基づいた次世代メモリや低損失な量子情報伝送技術の創出に向けて、電子スピン角運動量の流れであるスピン流物性に関する研究に大きな興味が集まっている。これまでのスピン流に関する研究のほとんどは、伝導電子が運ぶスピン流:伝導電子スピン流のみに焦点があてられ、物質系も金属合金や半導体に限られていたのが現状である。しかし、スピン流の学理を構築するためには、あらゆる物質系や電子相でも適用できる、スピン流の応答や伝搬機構に関する体系的理解が不可欠であることは明らかである。本研究は、伝導電子スピン流および金属合金・半導体に限られてきたスピン流物性の研究をより一般的な枠組みに拡張し、スピン流物性の体系を構築することにある。このような中、前年度までに研究者は研究目的の1つであった絶縁体中を流れる超スピン流(スピン波スピン流)を初めて観測した。本研究成果は、これまで伝導電子スピン流に限られてきたスピン流の概念を拡張するものである。
前年度までの成果を踏まえ本年度は、さらに様々な電子相でのスピン流物性、とくに複合膜界面でのスピン角運動量交換機構に関して理解することをめざした。申請者は、様々な界面構造を有する白金/磁性体ガーネット複合構造において、超スピン流と伝導電子スピン流とのスピン角運動量交換効率をスピンポンプ法によって評価した。その結果、スピン流交換効率が、試料構造の作製過程および界面構造に強く依存していることが明らかとなった。本研究で、界面観察電子技術を併用することにより、巨大なスピン流交換効率を実現する複合界面状態を見出した。本研究で見積もられたスピン流交換効率は、理論的に計算された値と整合した。本研究により、複合膜界面での実験と理論の両面からの、スピン流交換に関するより詳細な検討が可能となり、スピン流交換メカニズムに関する具体的な議論が可能となった。

研究成果

• [雑誌論文] All-oxide system for spin pumping (2012)
  • 著者名/発表者名: Z. Qiu, Y. Kajiwara, K. Ando, Y. Fujikawa, K. Uchida, T. Tashiro, K. Harii, T. Yoshino, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100 号: 2
  • DOI: 10.1063/1.3675463
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scaling fit of spin pumping in various ferromagnetic materials (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshino, K. Ando, Y. Kajiwara, H. Nakayama, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 111 号: 7
  • DOI: 10.1063/1.3670462
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of Spin Pumping in the Presence of Thin Titanium Interface (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Nakayama, T. Tashiro, R. Takahashi, Y. Kajiwara, T. Ohtani, K. Ando, R. Iguchi, K. Uchida, T. Yoshino, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 508 ページ: 347-352
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.508.347
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin pumping in a ferromagnetic/nonmagnetic/spin sink trilayer film : spin current termination (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Harii, Z. Qiu, T. Iwashita, Y. Kajiwara, K. Uchida, K. Ando, T. An, Y. Fujikawa, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 508 ページ: 266-270
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.508.266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geometry dependence on inverse spin Hall effect induced by spin pumping in Ni_<81>Fe_<19>/Pt films (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Nakayama, K. Ando, K. Harii, T. Yoshino, R. Takahashi, Y. Kajiwara, K. Uchida, Y. Fujikawa, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 号: 14
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.144408
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal spin pumping and magnon-phonon-mediated spin-Seebeck effect (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, T. Ota, H. Adachi, J. Xiao, T. Nonaka, Y. Kajiwara, G. E. W. Bauer, S. Maekawa, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 111 号: 10
  • DOI: 10.1063/1.4716012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interface induced inverse spin Hall effect in bismuth/permalloy bilayer (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Hou, Z. Qiu, K. Harii, Y. Kajiwara, K. Uchida, Y. Fujikawa, H. Nakayama, T. Yoshino, T. An, K. Ando, X. Jin, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 101 号: 4 ページ: 0424031-4
  • DOI: 10.1063/1.4738786
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-current driven thermoelectric coating (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Kirihara, K. Uchida, Y. Kajiwara, M. Ishida, Y. Nakamura, T. Manako, E. Saitoh, and S. Yorozu
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 11 号: 8 ページ: 686-689
  • DOI: 10.1038/nmat3360
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverse spin-Hall effect induced by spin pumping in metallic system (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Ando, S.Takahashi, J.Ieda, Y.Kajiwara, H.Nakayama, T.Yoshino, K.Harii, Y.Fujikawa, M.Matsuo, S.Maekawa, E.Saitoh
  • 雑誌名: Journal of applied physics 巻: 103 号: 10
  • DOI: 10.1063/1.3587173
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin pumping by parametrically excited exchange magnons (2011)
  • 著者名/発表者名: C.W.Sandweg, Y.Kajiwara, A.V.Chumak, A.A.Serga, V.I.Vasyuchka, M.B.Jungfleisch, E.Saitoh, B.Hillebrands
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 106 号: 21
  • DOI: 10.1103/physrevlett.106.216601
  • 査読あり
• [雑誌論文] モット絶縁体へのスピン注入 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梶原瑛祐, 齊藤英治
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 46 ページ: 155-164
  • NAID: 40018814885
• [雑誌論文] Detection of spin-wave spin current in a magnetic insulator (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Kajiwara, S.Takahashi, S.Maekawa, E.Saitoh
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Magnetics 巻: 47 号: 6 ページ: 1591-1594
  • DOI: 10.1109/tmag.2011.2118747
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin current depolarization under high electric fields in undoped InGaAs (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Okamoto, H.Kurebayashi, K.Harii, Y.Kajiwara, H.Beere, I.Farrer, T.Trypiniotis, K.Ando, D.A.Ritchie, C.H.W.Barnes, E.Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98 号: 24
  • DOI: 10.1063/1.3599599
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frequency Dependence of Spin Pumping in Pt/Y3Fe5O12 Film (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Harii, T.An, Y.Kajiwara, K.Ando, H.Nakayama, T.Yoshino, E.Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 109 号: 11 ページ: 1161051-3
  • DOI: 10.1063/1.3594661
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric detection of the spin-Seebeck effect in magnetic insulator in the presence of interface barrier (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Uchida, T.Ota, Y.Kajiwara, H.Umezawa, H.Kawai, E.Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 303 ページ: 012096-012096
  • DOI: 10.1088/1742-6596/303/1/012096
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin pumping in polycrystalline magnetic insulator/metal Pt films (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Kajiwara, K.Ando, H.Nakayama, R.Takahashi, E.Saitoh
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Magnetics 巻: 47 号: 10 ページ: 2739-2742
  • DOI: 10.1109/tmag.2011.2150737
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverse spin-Hall effect induced by spin pumping in different size Ni81Fe19/Pt films (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Nakayama, K.Ando, K.Harii, Y.Fujikawa, Y.Kajiwara, T.Yoshino, E.Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Physics (conference series) 巻: 266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantifying spin mixing conductance in F/Pt (F=Ni, Fe, and Ni81Fe19) bilayer film (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Yoshino, K Ando, K Harii, H Nakayama, Y Kajiwara, E.Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Physics (conference series) 巻: 266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universality of the spin pumping in metallic bilayer films (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Yoshino, K.Ando, K.Harii, H.Nakayama, Y.Kajiwara, E.Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letter 巻: 98
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin pumping in polycrystalline magnetic insulator/metal Pt films (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Kajiwara, K.Ando, H.Nakayama, R.Takahashi, E.Saitoh
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Magnetics 巻: (印刷中 未定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transmission of electrical signals by spin-wave interconversion in a magnetic insulator (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Kajiwara, K.Harii, S.Takahashi, J.Ohe, K.Uchida, M.Mizuguchi, H.Umezawa, H.Kawai, K.Ando, K.Takanashi, S.Maekawa, E.Saitoh
  • 雑誌名: Nature 巻: 464 ページ: 262-266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Angular dependence of inverse spin-Hall effect induced by spin pumping : experimental verification of phenomenological model of spin pumping (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Ando, T.Yoshino, N.Okamoto, Y.Kajiwara, K.Sasage, K.Uchida, E.Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 322 ページ: 1422-1424
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverse spin-Hall effect induced by spin pumping in various metals (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Ando, Y.Kajiwara, K.Sasage, K.Uchida, E.Saitoh
  • 雑誌名: IEEE transactions on magnetics 巻: 46 ページ: 1331-1333
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverse spin-Hall effect induced by spin pumping in different thickness Pt films (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Nakayama, K.Ando, K.Harii, Y.Kajiwara, T.Yoshino, K.Uchida, E.Saitoh
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Magnetics 巻: 46 ページ: 2202-2204
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Seebeck insulator (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Uchida, J.Xiao, H.Adachi, J.Ohe, S.Takahashi, J.Ieda, T.Ota, Y.Kajiwara, H.Umezawa, H.Kawai, G.E.W.Bauer, S.Maekawa, E.Saitoh
  • 雑誌名: Nature materials 巻: 9 ページ: 894-897
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of the spin pumping efficiency by spin wave mode selection (2010)
  • 著者名/発表者名: C.W.Sandweg, Y.Kajiwara, K.Ando, E.Saitoh, B.Hillebrands
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 97
  • 査読あり
• [雑誌論文] 磁性絶縁体を用いたスピン流の伝送 (2010)
  • 著者名/発表者名: 梶原瑛祐, 安藤和也, 齊藤英治
  • 雑誌名: まてりあ 巻: 49 ページ: 575-579
  • NAID: 10027472178
• [学会発表] 熱誘起スピントルクによるスピンポンピング誘起スピン流の制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶原瑛祐, 内田健一, 齊藤英治
  • 学会等名: 日本物理学会春季大会
  • 発表場所: 関西学院大学西宮キャンパス
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Enhancement of spin-pumping voltage through the spin-Seebeck effect (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Kajiwara, E.Saitoh
  • 学会等名: SpincaloritoronicsIII
  • 発表場所: Lorentz center, the Netherlands
  • 年月日: 2011-05-12
• [学会発表] YIG/Pt系におけるスピン流パラメトリック励起の観測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梶原瑛祐, Christian Sandweg, Andrii Chumak, Alexander Serga, 安藤和也, Burkard Hillebrallds, 齊藤英治
  • 学会等名: 物理学会 第66回年次大会
  • 発表場所: 新潟大学五十嵐キャンパス
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] Transmission of electrical signals by spin-wave interconversion in a magnetic insulator (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Kajiwara, E.Saitoh
  • 学会等名: Spin Wave Aspects in Spintronics
  • 発表場所: Kaiserslautern, German
  • 年月日: 2010-10-05
• [学会発表] Spin transfer at an interface between a magnetic insulator Y3Fe5O12 and Pt (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Kajiwara, E.Saitoh
  • 学会等名: Joint European Magnetic Symposia (JEMS) 2010
  • 発表場所: Krakow, Poland
  • 年月日: 2010-08-25
• [学会発表] Spin pumping and spin-transfer torque in magnetic insulator/metal interface (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Kajiwara, E.Saitoh
  • 学会等名: ISAMMA 2010
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2010-07-15