| 研究課題/領域番号 |
23K21077
|
|---|
| 補助金の研究課題番号 |
21H01799 (2021-2023)
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(B)
|
| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分29010:応用物性関連
|
|---|
| 研究機関 | 東邦大学 |
|---|
研究代表者 |
大江 純一郎 東邦大学, 理学部, 教授 (40510251)
|
|---|
| 研究分担者 |
河野 浩 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (10234709)
安立 裕人 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (10397903)
大槻 東巳 上智大学, 理工学部, 教授 (50201976)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2026-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
|
| 配分額 *注記 |
13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円)
2025年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
|
|---|
| キーワード | スピントロニクス / 異常ネルンスト効果 / 熱電効果 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
排熱や温度差を電気エネルギーに変換できる熱電効果において、従来のバルク電子系の枠組みを超えたエネルギー変換機構が求められている。特に、磁性材料を用いた熱電変換では、マグノン・電子相互作用により、大きな熱電効果を生み出すことができる。
本研究は、従来の一様磁化を用いた磁性熱電効果を発展させ、非一様磁化構造の磁化ダイナミクスから誘起されるマグノンドラッグ効果に着目した巨大磁性熱電効果の理論的研究を行う。特に、トポロジカルに保護されたねじれた磁化構造中に誘起されるスピン波や、磁気超格子における指向性スピン波を利用した新しい磁性熱電効果の提案を行う。
|
| 研究実績の概要 |
温度勾配中の非一様磁化構造を有する磁性体中の磁化ダイナミクスや、スピン軌道相互作用を用いた伝導電子スピン流制御について理論的研究を行った。特に、磁性多層膜中の磁化ダイナミクスに注目し、温度勾配誘起スピン波が層間結合によりどのような影響を受けるかを調べた。数値計算の結果、一様磁場下において層間結合が反強磁性の場合、スピン波の振幅が増大することが分かった。また、層間結合が強磁性結合の場合、スピン波振幅が減少することをも示した。実験において層間結合は、ＲＫＫＹ相互作用で得られるため、中間非磁性層の厚さで制御することができる。このため、磁性多層膜中では温度勾配誘起スピン波によるマグノンドラック効果の増大・制御が可能であることを示した。また、磁化ダイナミクスの動画を用いた機械学習プログラムを作成し、磁気超格子中に現れるトポロジカル端スピン波の相判別を行った。動画による相識別は、静止画による相識別より精度がよいことを示すとともに、トポロジカルスピン波のカイラリティ分類も行えることを示した。分担者の大槻はクラスターイジングモデルの相転移を量子畳み込みニューラルネットワークで解析した。また，磁性体における相関関数の時間変化に機械学習の手法を適用し，短い時間のデータから長時間の振る舞いを予測する手法を開発した。分担者の河野は、・トポロジカルな磁化構造の形成に重要な役割を果たすジャロシンスキー・守谷相互作用を、面内磁化成分をもつラシュバ強磁性体に対して微視的に計算した。反強磁性体におけるトポロジカル・スピンホール効果を微視的に計算し、ベクトル・スピンカイラリティで特徴づけられることを見出した。
|
| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
現在までに、温度勾配中の磁化ダイナミクスを計算するためのプログラムや、磁化構造中を通過する伝導電子スピン流を計算するプログラムを開発し、GPUを用いた並列化を行った。特に、磁性多層膜中の双極子相互作用とＲＫＫＹ相互作用や、長距離交換相互作用、強磁性結合、ジャロシンスキー・守谷相互作用、などを取り入れ、大規模な系の温度勾配誘起スピン波の計算が可能になった。この方法を用いて、磁性多層膜中のマグノンドラック効果、磁気スカーミオン系のトポロジカルネルンスト効果の増強方法を提案した。1次元らせん磁性体中を通過する伝導電子のスピン流計算によって、フラストレーション系のらせん構造の右巻き・左巻きを制御できることを示した。また、円偏光照射下の伝導電子スピンと局在磁化間のｓｄ相互作用を考慮した磁化ダイナミクスを計算可能にした。これらのプログラムを用いて、2次元スカーミオン構造のトポロジカル量を制御する方法を提案した。このようにトポロジカル量を制御した磁化構造における磁性熱電効果を計算するためのプログラム作成を行っている。さらに、スピン波波動関数の時間発展を用いて機械学習を行うため、動画判別プログラムの作成を行った。
|
| 今後の研究の推進方策 |
磁性不純物を含む薄膜における磁化ダイナミクスの計算を行い、リザーバーコンピューティングの可能性を探る。薄膜中の磁性不純物同士は双極子相互作用によって長距離結合するため、磁化ダイナミクスは強い非線形性を示す。この磁化ダイナミクスとニューラルネットワークを組み合わせることで、画像識別や時系列データ予測が可能であることを示す。また、人工磁性多層膜を用いた熱電効果の計算を行う。この系でのマグノンドラック効果の計算を行い、人工磁性薄膜は、薄膜毎の材質、層間交換相互作用、層数を制御できるため、より大きなマグノンドラック効果を得るための構造を提案する。
|
