スピンゼーベック効果の微視的理解とその可視化に関する理論研究

• 研究課題/領域番号: 15K05151
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 岡山大学 (2016-2018); 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 (2015)
• 研究代表者: 安立 裕人 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (10397903)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: スピンゼーベック効果 / スピン流 / 熱流 / マグノン / 熱電発電 / スピン波 / スピンホール効果

研究成果の概要

本研究課題で対象とするのは、磁性体に印加した熱流から磁気の流れであるスピン流を作り出す「スピンゼーベック効果」という現象である。
研究期間内に、磁気相転移点近傍におけるスピンゼーベック効果の振る舞いを理論的に研究した。具体的には、時間依存ギンツブルグ・ランダウ方程式を用いたモデル計算により、強磁性体および反強磁性体のどちらの場合にも、磁気転移点近傍においてスピンゼーベック効果は磁性体の磁化に比例する、という点を明らかとした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題で対象とするスピンゼーベック効果は、磁性体の熱エネルギーから非磁性体にスピン流を注入する現象であり、２００８年に日本で発見されて以降、新しく簡便なスピン流の生成手法として大変大きな注目を集めている。この現象の磁気転移点近傍での振る舞いを明らかとすることは、学術的には、スピンゼーベック効果に対する我々の理解が正しいか否かの一つの判定基準となる。また応用上でも、スピンゼーベック効果を高温領域で使用する際のデバイスの設計指針を与えることに繋がる。このように、本研究課題で明らかとした磁気転移点近傍でのスピンゼーベック効果の振る舞いは極めて大きな意義を持っている。

研究成果

• [国際共同研究] City University of New York/Queens College(米国)
• [国際共同研究] Zaragoza University(Spain)
• [国際共同研究] Johannes Gutenberg-University Mainz/Technische Universitaet Muenchen(Germany)
• [雑誌論文] Spin diffusion equation in superconductors in the vicinity of Tc (2018)
  • 著者名/発表者名: Taira Takuya、Ichioka Masanori、Takei So、Adachi Hiroto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 21
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.214437
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spin Seebeck effect in a simple ferromagnet near T c: a Ginzburg-Landau approach (2018)
  • 著者名/発表者名: Adachi Hiroto, Yamamoto Yutaka, Ichioka Masanori
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 51 号: 14 ページ: 144001-144001
  • DOI: 10.1088/1361-6463/aab1d1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin pumping into superconductors: A new probe of spin dynamics in a superconducting thin film (2017)
  • 著者名/発表者名: Masashi Inoue, Masanori Ichioka, and Hiroto Adachi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.024414
  • NAID: 120006376010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric generation based on spin Seebeck effects (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, H. Adachi, T. Kikkawa, A. Kirihara, M. Ishida, S. Yorozu, S. Maekawa, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Proceedings of the IEEE 巻: 印刷中 号: 10 ページ: 1946-1973
  • DOI: 10.1109/jproc.2016.2535167
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Origin of the spin Seebeck effect in compensated ferrimagnets (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Geprgs, A. Kehlberger, F. D. Coletta, Z. Qiu, E. J. Guo, T. Schulz, C. Mix, S. Meyer, A. Kamra, M. Althammer, H. Huebl, G. Jakob, Y. Ohnuma, H. Adachi, J. Barker, S. Maekawa, G. E. W. Bauer, E. Saitoh, R. Gross, S. T. B. Goennenwein, and M. Klaeui
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 号: 1 ページ: 10452-10452
  • DOI: 10.1038/ncomms10452
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magnon instability driven by heat current in magnetic bilayers (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohnuma, H. Adachi, E. Saitoh, and S. Maekawa
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 22 ページ: 224404-224404
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.224404
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Unconventional scaling and significant enhancement of the spin Seebeck effect in multilayers (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Ramos, T. Kikkawa, M. H. Aguirre, I. Lucas, A. Anadon, T. Oyake, K. Uchida, H. Adachi, J. Shiomi, P. A. Algarabel, L. Morellon, S. Maekawa, E. Saitoh, and M. R. Ibarra
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 22 ページ: 220407-220407
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.220407
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Theory of unidirectional spin heat conveyer (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Adachi and S. Maekawa
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 117 号: 17
  • DOI: 10.1063/1.4908019
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Spin pumping/Seebeck effect across a phase transition point (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Adachi, Y. Yamamoto, T. Taira. M. Inoue, and M. Ichioka
  • 学会等名: Spin Caloritronics IX
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 強磁性キュリー点近傍におけるスピンゼーベック効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本督, 市岡優典, 安立裕人
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 超伝導体におけるスピン拡散方程式：Tc近傍の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平拓也, 市岡優典, 安立裕人
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] Theory of spin pumping into superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Adachi, Masashi Inoue, Masanori Ichioka
  • 学会等名: New Excitations in Spintronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin pumping into superconductors (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Adachi, Masashi Inoue, Masanori Ichioka
  • 学会等名: 9th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology
  • 国際学会
• [学会発表] 超伝導体へのスピンポンピングの理論 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井上優志, 安立裕人, 市岡優典
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会 大阪大学（豊中）
• [学会発表] 超伝導体へのスピンポンピングの理論 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井上優志、安立裕人、市岡優典
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
• [学会発表] Spin pumping into superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Masashi Inoue, Hiroto Adachi, and Masanori Ichioka
  • 学会等名: International School on Spintronics & Spin-Orbitronics
  • 発表場所: Kyushu University, Fukuoka
  • 年月日: 2016-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] スピンゼーベック効果によるスピン流生成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 安立裕人
  • 学会等名: 第一回ディラック電子系マルチフェロイクス研究会
  • 発表場所: 東京理科大学 神楽坂キャンパス（東京都 新宿区）
  • 年月日: 2016-01-28
  • 招待講演
• [学会発表] Theory of spin Seebeck effect in magnetic multilayers (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Adachi
  • 学会等名: Magnetics and Optics Research International Symposium (Moris 2015)
  • 発表場所: Penang, Malaysia
  • 年月日: 2015-11-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 多層膜構造における巨大スピンゼーベック効果：理論 (2015)
  • 著者名/発表者名: 安立裕人
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス（大阪府 吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [備考]
  • URL: http://orcid.org/0000-0002-6844-6477