磁性体における電流-磁化相互作用の微視的理論の構築とその熱現象への展開

• 研究課題/領域番号: 21540336
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 河野 浩 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 准教授 (10234709)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2011年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2010年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2009年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: スピントロニクス / 電流による磁化ダイナミクス / スピントルク / スピン起電力 / スピン緩和 / ギルバート減衰 / ゲージ場 / 熱現象 / スピン流 / スピン移行トルク / 温度勾配 / 線形応答理論 / スピン軌道相互作用 / 磁壁移動 / 熱輸送 / ゲージ不変性 / 第一原理計算 / Gilbert damping

研究概要

磁石に直接電流を流すことにより磁石の向き(=磁化)を変える、すなわち磁化を操作することができる。逆に、磁化を変化させると、磁石内部で電流が生じる。このように、磁化と電流は磁石内部でお互いに影響し合っている。このような現象を、微視的なモデルに基づいて理論的に定式化した。更に、相対性理論の効果(スピン軌道相互作用)を利用した磁化操作や、温度差による磁化操作について、理論を拡張して調べた。

研究成果

• [雑誌論文] Spin torques due to diffusive spin current in magnetic texture (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hosono, J. Shibata, H. Kohnoand Y. Nozaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 0944041-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultraviolet divergence and Ward-Takahashi identity in a two-dimensional Dirac electron system with short-range impurities (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Fujimoto, A. Sakai and H. Kohno
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 0854371-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current-induced magnetic domain wall motion below intrinsic threshold triggered by Walker breakdown (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, K. Ueda, K.-J. Kim, Y. Yoshimura, D. Chiba, K. Yamada, J.-P. Jametc, A. Mougin, A. Thiaville, S. Mizukami, S. Fukami, N. Ishiwata, Y. Nakatani, H. Kohno, K. Kobayashi and T. Ono
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 7 ページ: 635-639
  • 査読あり
• [雑誌論文] Calculation of nonlocal spin transfer torque (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Hosono, J. Shibata, H. Kohnoand Y. Nozaki
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Magnetics 巻: 48 ページ: 4367-4370
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spinmotive force due to a gyrating magnetic vortex (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Tanabe, D. Chiba, J. Ohe, S. Kasai, H. Kohno, S. E. Barnes, S. Maekawa, K. Kobayashi, T. Ono
  • 雑誌名: Nature communications 巻: 3 号: 1 ページ: 845-845
  • DOI: 10.1038/ncomms1824
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultraviolet divergence and Ward-Takahashi identity in a two-dimensional Dirac electron system with short-range impurities (2012)
  • 著者名/発表者名: Junji Fujimoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 号: 8 ページ: 0854371-5
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.085437
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin torques due to diffusive spin current in magnetic texture (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Hosono
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 号: 9 ページ: 0944041-8
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.094404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin and charge transport induced by gauge fields in a ferromagnet (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Shibata and H. Kohno
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 84 ページ: 1844081-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] A brief review of field- and current-driven domain wall motion (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Shibata, G. Tatara and H. Kohno
  • 雑誌名: J. Phys. D: Appl. Phys. 巻: 44 ページ: 3840041-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic vortex wall motion driven by spin waves (2011)
  • 著者名/発表者名: S.-M. Seo, H.-W. Lee, H. Kohno, and K.-J. Lee
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98 ページ: 0125141-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] A brief review of field- and current-driven domain wall motion (2011)
  • 著者名/発表者名: 柴田絢也, 他
  • 雑誌名: Journal of Physics D : Applied Physics 巻: 44 ページ: 3840041-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin and charge transport driven by gauge fields in a ferromagnet (2011)
  • 著者名/発表者名: 柴田絢也, 他
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 84 ページ: 1844081-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Hall Current and Spin-transfer Torque in Ferromagnetic Metal (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Shibata and H. Kohno
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 200 ページ: 0620261-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Hall Current and Spin-transfer Torque in Ferromagnetic Metal (2010)
  • 著者名/発表者名: 柴田絢也, 他
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 200 ページ: 0620261-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geometry-dependent scaling of critical current densities for current-induced domain wall motion and transformations (2009)
  • 著者名/発表者名: L. Heyne, J. Rhensius, Y.-J. Cho, D. Bedau, S. Krzyk, C. Dette, H. S. Korner, J. Fischer, M. Laufenberg, D. Backes, L. J. Heyderman, L. Joly, F. Nolting, G. Tatara, H.Kohno, S. Seo, U. Rudiger, and M. Klaeui
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 80 ページ: 1844051-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverse Spin Hall Effect Driven by Spin Motive Force (2009)
  • 著者名/発表者名: J. Shibata and H. Kohno
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 102 ページ: 0866031-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverse Spin Hall Effect Driven by Spin Motive Force (2009)
  • 著者名/発表者名: 柴田絢也, 他
  • 雑誌名: Physical Review Letters 102 ページ: 0866031-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geometry-dependent scaling of critical current densities for current-induced domain wall motion and transformations (2009)
  • 著者名/発表者名: L.Heyne, 他
  • 雑誌名: Physical Review B 80 ページ: 1844051-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] (2009)
  • 著者名/発表者名: 河野浩, 他
  • 雑誌名: Nanomagnetism and Spintronics(Elsevier) ページ: 189-229
• [雑誌論文] (2009)
  • 著者名/発表者名: 河野浩, 他
  • 雑誌名: Proceedings of the 9^<th> International Symposium on Foundations of Quantum Mechanics in the Light of New Technology(World Scientific) ページ: 111-117
• [雑誌論文] Two-barrier stability that allows low power operation in current-induced domain wall motion
  • 著者名/発表者名: K.-J. Kim, R. Hiramatsu, T. Koyama, K. Ueda, Y. Yoshimura, D. Chiba, K. Kobayashi, Y. Nakatani, S. Fukami, M. Yamanouchi, H. Ohno, H. Kohno, G. Tatara and T. Ono
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: (accepted)
  • 査読あり
• [学会発表] スピントルク及びスピン起電力の微小振幅の方法による微視的解析 - ラシュバ型スピン軌道相互作用を伴う系 - (2013)
  • 著者名/発表者名: 酒井章雄,河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] ディラック強磁性体の秩序変数:自己無撞着方程式による解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤本純治,河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] Spin torques and charge transport on the surface of topological insulator (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Sakai and H. Kohno
  • 学会等名: QS^2C Theory Forum International Symposium on "Strongly Correlated Quantum Science"
  • 発表場所: Univ. of Tokyo, Japan
• [学会発表] 2次元ディラック電子系の紫外発散と不純物効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤本純治,酒井章雄,○河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] ディラック強磁性体の輸送係数II (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤本純治,河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [学会発表] Spin torques and charge transport on the surface of topological insulator (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Sakai and H. Kohno
  • 学会等名: The 7th International Conference on Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductor (PASPS-VII)
  • 発表場所: Eindhoven, The Netherlands
• [学会発表] Transport properties of Dirac Ferromagnet (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Fujimoto and H. Kohno
  • 学会等名: The 7th International Conference on Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductor (PASPS-VII)
  • 発表場所: Eindhoven, The Netherlands
• [学会発表] Microscopic Calculation of Thermal Spin Torques (2012)
  • 著者名/発表者名: 河野 浩
  • 学会等名: Spin Caloritronics 4
  • 発表場所: Sendai
• [学会発表] Microscopic theory of current-spin interaction in ferromagnets with Rashba-type spin-orbit coupling (2012)
  • 著者名/発表者名: 河野 浩
  • 学会等名: International Symposium on the Dynamics of Domain Walls
  • 発表場所: Hamburg, Germany
• [学会発表] Spin torques and charge transport on the surface of topological insulator (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Sakai and H. Kohno
  • 学会等名: International conference on topological phenomena, E&S Building, Nagoya University
  • 発表場所: Nagoya, Japan
• [学会発表] トポロジカル絶縁体の表面電子系によるスピントルクの計算II (2012)
  • 著者名/発表者名: 酒井章雄,河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学
• [学会発表] ディラック強磁性体の輸送係数 (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤本純治,河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学
• [学会発表] Microscopic Study of Spin Motive Force (2012)
  • 著者名/発表者名: 河野 浩
  • 学会等名: The 2nd ASRC International Workshop on Magnetic Materials and Nanostructures
  • 発表場所: Tokai, Japan
• [学会発表] Spin torques due to topological surface state (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Sakai and H. Kohno
  • 学会等名: The 2nd ASRC International Workshop on Magnetic Materials and Nanostructures
  • 発表場所: Tokai, Japan
• [学会発表] Microscopic Study of Spin Motive Force (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kohno
  • 学会等名: The 2nd ASRC International Workshop on Magnetic Materials and Nanostructures
  • 発表場所: 原研 東海村
  • 招待講演
• [学会発表] Microscopic theory of current-spin interaction in ferromagnets with Rashba-type spin-orbit coupling (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kohno
  • 学会等名: International Symposium on the Dynamics of Domain Walls
  • 発表場所: Hamburg大学
  • 招待講演
• [学会発表] Microscopic Calculation of Thermal Spin Torques (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kohno
  • 学会等名: Spin Caloritronics 4
  • 発表場所: 東北大学 金属材料研究所
  • 招待講演
• [学会発表] 電流-スピン相互作用の微視的理論 (2011)
  • 著者名/発表者名: 河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] トポロジカル絶縁体の表面電子系によるスピントルクの計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 酒井章雄,河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 富山大学
• [学会発表] Calculation of spin torques due to helical electrons (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Sakai and H. Kohno
  • 学会等名: 6th international School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology
  • 発表場所: Matsue, Japan
• [学会発表] Calculation of spin torque for a system with spin-orbit interaction (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Sakai and H. Kohno
  • 学会等名: 5thInternational Workshop on Spin Currents
  • 発表場所: Sendai, Japan
• [学会発表] スピン軌道相互作用の強い系におけるスピントルクの計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 酒井章雄,河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 新潟大学
• [学会発表] トポロジカル絶縁体によるスピントルク (2011)
  • 著者名/発表者名: 酒井章雄,河野 浩
  • 学会等名: 新学術領域 対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル現象 第2回領域研究会
  • 発表場所: 岡山大学
• [学会発表] Diagrammatic Methods in Spintronics: Spin Torque and Spin Motive Force (2010)
  • 著者名/発表者名: 河野 浩
  • 学会等名: KITP-C Program on "Progress in Spintronics and Graphene Research"
  • 発表場所: 北京(中国)
  • 年月日: 2010-05-19
• [学会発表] Diagrammatic Methods in Spintronics : Spin Torque and Spin Motive Force (2010)
  • 著者名/発表者名: 河野浩
  • 学会等名: KITP-C Program on "Progress in Spintronics and Graphene Research"
  • 発表場所: 北京(中国)(招待講演)
  • 年月日: 2010-05-19
• [学会発表] スピン起電力の微視的理論 -ゲージ場の方法- II (2010)
  • 著者名/発表者名: 柴田絢也,河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2010-03-21
• [学会発表] スピン起電力の微視的理論 -ゲージ場の方法-II (2010)
  • 著者名/発表者名: 柴田絢也
  • 学会等名: 日本物理学会 第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
  • 年月日: 2010-03-21
• [学会発表] Microscopic Calculation of SpiMotive Force - Spin relaxation and gauge invariance (2010)
  • 著者名/発表者名: 河野 浩
  • 学会等名: 4th International workshop on Spin Currents and 2nd International workshop on Spin Caloritronics
  • 発表場所: 東北大学 金属材料研究所
  • 年月日: 2010-02-08
• [学会発表] Microscopic Calculation of Spin Motive Force-Spin relaxation and gauge invariance- (2010)
  • 著者名/発表者名: 河野浩
  • 学会等名: 4th International workshop on Spin Currents and 2nd International workshop on Spin Caloritronics
  • 発表場所: 東北大学 金属材料研究所
  • 年月日: 2010-02-08
• [学会発表] Introduction to CMagnetization Dynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: 河野 浩
  • 学会等名: The 2nd International Conference on AdvancedMicro-Device Engineering: AMDE 2010
  • 発表場所: 群馬県桐生市
• [学会発表] Microscopic Theory of Current-Spin Interaction in Conducting Ferromagnets (2010)
  • 著者名/発表者名: 河野 浩
  • 学会等名: Handai Global COE & ICNDR
  • 発表場所: 大阪大学
• [学会発表] Introduction to Current-Driven Magnetization Dynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: 河野浩
  • 学会等名: The 2nd International Conference on Advanced Micro-Device Engineering : AMDE 2010
  • 発表場所: 群馬県桐生市(招待講演)
• [学会発表] Microscopic Theory of Current-Spin Interaction in Ferromagnets (2009)
  • 著者名/発表者名: 河野 浩
  • 学会等名: International workshop, "Spin-Up 2009"
  • 発表場所: Longyearbyen, Norway
  • 年月日: 2009-06-01
• [学会発表] 電流-スピン相互作用の微視的理論
  • 著者名/発表者名: 河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 富山大学
  • 招待講演
• [学会発表] ２次元ディラック電子系の紫外発散と不純物効果
  • 著者名/発表者名: 河野 浩
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西学院大学
• [図書] Nanomagnetism and Spintronics (2009)
  • 著者名/発表者名: 河野 浩,多々良源
  • 出版者: Elsevier
• [図書] Proceedings of the 9th International Symposium on Foundations of Quantum Mechanics in the Light of New Technology (2009)
  • 著者名/発表者名: 河野 浩,川端 優,野口 毅,上田昇平,柴田絢也,多々良源
  • 出版者: World Scientific
• [産業財産権] 特許 (2011)
  • 発明者名: 小野輝男, 他
  • 権利者名: 京都大学, 他
  • 出願年月日: 2011-05-31
  • 外国