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流体系への動的スピン流注入と巨視的スピントロニクス現象の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 13J08262
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

高橋 遼  東北大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2015年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2014年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2013年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードスピン流 / 角運動量 / 流体
研究実績の概要

本研究では巨視的力学運動と電子スピン流との相関効果の基礎物理構築を最終到達目標とし、その舞台として流体(液体金属)の運動に着目した研究を実施してきた。
本年度研究による主要な成果は、流体運動による電子スピン流生成現象を「スピン流体発電」としてまとめたことである。結果として、本研究は国際有力誌Nature Physicsに掲載された。本年度研究成果の意義は正にこの点である。実験・理論の両面から流体の力学運動による新奇のスピン流生成法を提唱する一つの論文としてまとめたことは、本研究の最終目標であった力学運動-スピン流相関の基礎構築に関する一つの到達点と言える。本年度はこれに加え具体的に以下のような進展を得た。
1.基礎方程式の微視モデルの精査. 本研究で導出してきた基礎方程式には流体運動による電子スピンソースとして、渦度に依存した項が現象論的に導入されている。電子スピンの運動方程式に対して、渦度によるBarnett有効磁場まわりの歳差運動を考慮することで、この項の微視的な導出を行った。本導出は理論の共同研究者との議論により行われた。結果として、有効磁場方向への電子スピン緩和と、渦度の横揺らぎが重要な役割を担うことが示唆された。
2.スピンホール効果スピン流による流体運動制御実験. 流体運動によるスピン流生成の測定システムを援用することで、Pt管に閉じ込めたHg中に流した電流のスピンホール効果によりスピン流を発生させ、そのスピン流の角運動量緩和を通じて流体を駆動するシステムを開発し、流路両端に接続した液溜めの液面変位差をレーザー変位計で測定する事を通して駆動実験を実施した。前年度測定されていた流体の駆動を示す傾向に関して精査を行い、電位差による表面張力の勾配に依存した流体駆動効果(エレクトロウェッティング効果)が、現在の系では無視できないという結論に至った。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016 2015 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Spin hydrodynamic generation2016

    • 著者名/発表者名
      R. Takahashi, M. Matsuo, M. Ono, K. Harii, H. Chudo, S. Okayasu, J. Ieda, S. Takahashi, S. Maekawa, and E. Saitoh
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 12 号: 1 ページ: 52-56

    • DOI

      10.1038/nphys3526

    • NAID

      130007715433

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Barnett effect in paramagnetic states2015

    • 著者名/発表者名
      M. Ono, H. Chudo, K. Harii, S. Okayasu, M. Matsuo, J. Ieda, R. Takahashi, S. Maekawa, and E. Saitoh
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 92 号: 17 ページ: 174424-174424

    • DOI

      10.1103/physrevb.92.174424

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin mixing conductance at a well-controlled platinum/yttrium iron garnet interface2013

    • 著者名/発表者名
      Z. Qiu, K. Ando, K. Uchida, Y. Kajiwara, R. Takahashi, H. Nak ayama, T. An, Y. Fujikawa, and E. Saitoh
    • 雑誌名

      Applies Physics Letters

      巻: 103 号: 9 ページ: 0924041-4

    • DOI

      10.1063/1.4819460

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Spin hydrodynamic generation in liquid metal flow2016

    • 著者名/発表者名
      R. Takahashi, S. Maekawa and E. Saitoh
    • 学会等名
      2016 EMN Croatia Meeting
    • 発表場所
      Dubrovnik(Croatia)
    • 年月日
      2016-05-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 流体運動によるスピン流生成2016

    • 著者名/発表者名
      高橋 遼
    • 学会等名
      第57回スピンエレクトロニクス専門研究会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2016-01-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 液体金属流を用いたスピン流生成実験2015

    • 著者名/発表者名
      高橋 遼
    • 学会等名
      ATIスピントロニクス研究会
    • 発表場所
      TKPガーデンシティ御茶ノ水(東京都・千代田区)
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スピン流体発電の実験2015

    • 著者名/発表者名
      高橋 遼, 小野 正雄, 針井 一哉, 松尾 衛, 家田 淳一, 前川 禎通, 齊藤 英治
    • 学会等名
      日本物理学会2015 年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2015-09-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 物体の運動による力学的スピン流生成実験2013

    • 著者名/発表者名
      高橋遼, 小野正雄, 針井一哉, 松尾衛, 家田淳一, 前川禎通, 齊藤英治
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学常三島キャンパス(徳島県徳島市)
    • 年月日
      2013-09-26
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [産業財産権] 流体力学的スピン流装置及び導電性流体の流速測定方法2015

    • 発明者名
      齊藤英治,高橋遼,小野正雄,前川禎通,松尾衛,家田淳一,針井一哉
    • 権利者名
      東北大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2015-134545
    • 出願年月日
      2015-07-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2014-01-29   更新日: 2024-03-26  

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