| 研究課題/領域番号 |
22K13997
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
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| 研究機関 | 埼玉大学 |
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研究代表者 |
藤本 純治 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (10794878)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | スピン渦度結合 / 粘性流体 / 渦度 / スピン軌道相互作用 / スピントルク / 電流渦 / 磁気スキルミオン / 幾何学的制御 / スピントロニクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は，電流渦による磁性制御の基礎理論の構築である．これは，2020年の磁気スキルミオン生成消滅実験に対して，電流の渦による有効磁場が実験事実を説明できうるという論文が発表されたことに端を発する．この論文により電流渦による磁性の制御という新奇な研究分野が示唆され，その基礎理論の構築が急務となっている．本研究は，電流渦によるスピントルクの導出，スピン電流渦度結合の微視的理論による導出，電流の渦度分布の解明という三つの課題で構成される．本研究の遂行によって，新原理に基づく磁気メモリデバイスの誕生が予想され，より効率的な磁気メモリデバイスの開発に繋がる可能性がある．
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的である電流渦による磁性制御の基礎理論の構築を目指して，本年度は(1)電流の渦度分布の解明，(2)スピン電流渦度結合の微視的理論による導出という２つの課題に取り組んだ．具体的には，(1)では，有限要素法を用いてノッチ構造がある場合の電流の分布を電子流体の方程式に基づいて数値的に解き，それから渦度分布を求めた．ノッチ構造の幅や長さ，曲率半径を変えることで渦度が増強されることを見出し，その定量的な式を導いた．これにより，ノッチ構造をデザインすることで渦度による有効磁場を制御できる可能性が数値的に検証された．また，得られた渦度分布を微分することで，生成されるスピン流についても求めたが，研究構想当初に想定した値より非常に小さくなることが分かった．これはスピン流によって生成される磁気スキルミオンがノッチ近傍から遠方へ運ばれるという実験結果に対する解釈が成り立たない可能性を示している．この問題に対して，スピン渦度結合ではなくスピン軌道相互作用による効果を考えることで解決できる可能性を見出した．さらにスピン軌道相互作用によって生じるスピンHall効果により電流が粘性流体としてふるまうことを論文として発表した．
(2)では，スピン渦度結合を生み出しうる微視的ハミルトニアンを有効場の理論を用いて波数に対する依存性を明らかにした．
また具体的にその依存性を満たすハミルトニアンを求めることに成功した．
その他に，スピン渦度トルクを求める前段階として，接合系におけるスピン移行トルクとして知られるSlonczewskiトルクをKubo公式と場の理論的アプローチから導出することに成功した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の計画では(1)のみを行う予定だったが，(2)についても成果が得られ，さらに(1)の派生としてスピンHall効果による電流の粘性獲得という成果が得られたため．
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| 今後の研究の推進方策 |
予定を前倒しで計画に沿って研究を行う． 現在のところ研究計画を実行するにあたって特段の解決すべき課題は見つかっていない．
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