磁化運動および力学運動を用いたスピン流制御の理論

• 研究課題/領域番号: 24740247
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 家田 淳一 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (20463797)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2013年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2012年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
• キーワード: スピン起電力 / スピン流 / 磁壁 / スピン軌道相互作用 / 垂直磁気異方性 / スピン回転相互作用 / バーネット効果 / 液体金属 / 力学スピン流生成 / ドイツ / 磁化ダイナミクス / 磁気バブル / 磁場勾配 / 国際情報交換 / 界面磁気異方性 / ラシュバ効果 / 電界制御 / スピン回転結合 / 磁気異方性 / 形状効果 / 直流交流変換

研究成果の概要

ナノスケールの極小磁石を対象として、磁石の方向である磁化の運動と物体そのものの運動から磁気の流れである「スピン流」を生み出す新しい手法の理論提案を行った。ナノ磁石の境界である「磁壁」の運動に伴い発生する微小電力の出力安定化に有利な性質（高磁気異方性）を特定することで、従来材料の100倍の出力増大が可能であることを明らかにし、その磁気デバイス応用の提言を行った。また、金属の表面や界面に発生する特殊な磁場を用いることで、極めて強力なナノ磁石を作ることができることを理論的に明らかにした。更に、液体金属を使うことで物体運動からのスピン流生成が可能であることを理論的に予言し実験グループと共に実証した。

研究成果

• [国際共同研究] the University of Mainz(Germany)
• [雑誌論文] Spin hydrodynamic generation (2016)
  • 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
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Barnett effect in paramagnetic states (2015)
  • 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
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mechanical generation of spin current (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo, J. Ieda and S. Meakawa
  • 雑誌名: Frontiers in Physics 巻: 3 ページ: 54-54
  • DOI: 10.3389/fphy.2015.00054
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin pumping blocked by single-layer graphene (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Haku, Takaharu Tashiro, Hiroyasu Nakayama, Jun’ichi Ieda, Shiro Entani, Seiji Sakai, and Kazuya Ando
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 号: 7 ページ: 073009-073009
  • DOI: 10.7567/apex.8.073009
  • NAID: 210000137591
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermal stability of a magnetic domain wall in nanowires (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Fukami, J. Ieda, and H. Ohno
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 号: 23
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.235401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Line Splitting by Mechanical Rotation in Nuclear Magnetic Resonance (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Harii, H. Chudo, M. Ono, M. Matsuo, J. Ieda, S. Okayasu, S. Maekawa, E. Saitoh
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 号: 5 ページ: 050302-050302
  • DOI: 10.7567/jjap.54.050302
  • NAID: 210000145115
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rotational Doppler Effect and Barnett Field in Spinning NMR (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Chudo, K. Harii, M. Matsuo, J. Ieda, M. Ono, S. Maekawa, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 84 号: 4 ページ: 043601-043601
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.043601
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theory of mechanical spin current generation via spin-rotation coupling (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda, M. Matsuo, and S. Maekawa
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 192 ページ: 52-56
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2014.02.003
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theory of mechanical spin current generation via spin-orbit coupling (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo, J. Ieda, and S. Maekawa
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 192 ページ: 57-60
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2013.08.005
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermal engineering of non-local resistance in lateral spin valves (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kasai, S. Hirayama, Y. K. Takahashi, S. Mitani, K. Hono, H. Adachi, J. Ieda, and S. Maekawa
  • 雑誌名: Applied Physical Letters 巻: 104 号: 16
  • DOI: 10.1063/1.4873687
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Barnett field in solids by nuclear magnetic resonance (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Chudo, M. Ono, K. Harii, M. Matsuo, J. Ieda, R. Haruki, S. Okayasu, S. Maekawa, H. Yasuoka,
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 7 号: 6 ページ: 063004-063004
  • DOI: 10.7567/apex.7.063004
  • NAID: 210000137125
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spinmotive force due to motion of magnetic bubble arrays driven by magnetic field gradient (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamane, S. Hemmatiyan, J. Ieda, S. Maekawa, and J. Sinova
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep06901
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spinmotive Force as a New Energy Conversion Mechanism (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda and S. Maekawa
  • 雑誌名: Journal of the Magnetics Society of Japan 巻: 38 号: 2-2 ページ: 75-77
  • DOI: 10.3379/msjmag.1402R008
  • NAID: 130004502874
  • ISSN: 1882-2924, 1882-2932
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rashba Spin-Orbit Anisotropy and the Electric Field Control of Magnetism (2014)
  • 著者名/発表者名: S. E. Barnes, J. Ieda, and S. Maekawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep04105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Renormalization of spin-rotation coupling (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo, J. Ieda, and S. Maekawa
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87 号: 11
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.115301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical generation of spin current by spin-rotation coupling (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo, J. Ieda, K. Harii, E. Saitoh, S. Maekawa
  • 雑誌名: Physical Review B Rapid 巻: 87 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.180402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real time analysis of spinmotive force due to domain wall motion (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda, S. Maekawa, and Y. Yamane
  • 雑誌名: Journal of Korean Physical Society 巻: 62 ページ: 1802-1806
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of mechanical rotation and vibration on spin currents (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo, J. Ieda, E. Saitoh, and S. Maekawa
  • 雑誌名: Journal of Korean Physical Society 巻: 62 号: 10 ページ: 1404-1409
  • DOI: 10.3938/jkps.62.1404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Current: Experimental and Theoretical Aspects (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa, H. Adachi, K. Uchida, J. Ieda, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 82
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spinmotive force in magnetic nanostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda, Y. Yamane, and S. Maekawa
  • 雑誌名: SPIN 巻: 3 号: 02 ページ: 1330004-1330004
  • DOI: 10.1142/s2010324713300041
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spinmotive force due to electric field with static and uniform magnetization (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamane, J. Ieda, and S. Maekawa
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 88 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.014430
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stability of spinmotive force in perpendicularly magnetized nanowires under high magnetic fields (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamane, J. Ieda, S. Maekawa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100 号: 16
  • DOI: 10.1063/1.4703933
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic power inverter: AC voltage generation from DC magnetic fields (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda and S. Maekawa
  • 雑誌名: Applied Physical Letters 巻: 101 号: 25
  • DOI: 10.1063/1.4773214
  • 査読あり
• [雑誌論文] スピン起電力ーその基礎と展開ー (2012)
  • 著者名/発表者名: 家田淳一, 前川禎通
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 558 ページ: 339-353
  • NAID: 40019420875
  • 査読あり
• [学会発表] Interface Magnetic Anisotropy Induced by Rashba Effect (2015)
  • 著者名/発表者名: Jun'ichi Ieda
  • 学会等名: The 29th REIMEI and ERATO-SQR Workshop on Spin Orbit Coupling and Spin Mechanics
  • 発表場所: Mainz, Germany
  • 年月日: 2015-10-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theory of perpendicular magnetic anisotropy induced by Rashba spin-orbit interaction in ferromagnetic ultrathin films (2015)
  • 著者名/発表者名: Jun'ichi Ieda
  • 学会等名: the 22nd International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces
  • 発表場所: Krakow, Poland
  • 年月日: 2015-07-12
  • 国際学会
• [学会発表] Perpendicular magnetic anisotropy induced by Rashba spin-orbit interaction (2015)
  • 著者名/発表者名: Jun'ichi Ieda
  • 学会等名: The 9th of the annual ISSP International workshop/symposium on New Perspectives in Spintronic and Mesoscopic Physics (NPSMP2015)
  • 発表場所: the University of Tokyo (Kashiwa, Tokyo)
  • 年月日: 2015-06-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 磁場勾配により駆動された磁気バブル配列の運動によるスピン起電力 (2015)
  • 著者名/発表者名: 家田淳一、山根結太、S. Hemmatiyan、J. Sinova、前川禎通
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] Physics of Spin Current and Magnetization Dynamics"(Introduction to Spintronics) (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda
  • 学会等名: TUHEP Seminar
  • 発表場所: Tohoku University
  • 年月日: 2015-01-15
  • 招待講演
• [学会発表] 強磁性超薄膜のラシュバ効果ー磁気異方性の電界制御とスピン起電力 (2014)
  • 著者名/発表者名: 家田淳一
  • 学会等名: 応用物理学会応用電子物性分科会／スピントロニクス研究会共催研究会
  • 発表場所: 首都大学東京 秋葉原サテライトキャンパス
  • 年月日: 2014-11-25
  • 招待講演
• [学会発表] Effect of spinmotive force on spin current in nonlocal spin valves (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda, M. Ichimura, S. Takahashi, S. Maekawa
  • 学会等名: 59th Annual Conference of Magnetism and Magnetic Materials (MMM2014)
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2014-11-07
• [学会発表] ラシュバ効果による界面磁気異方性の理論 (2014)
  • 著者名/発表者名: 家田淳一
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] Renormalization of spin-rotation coupling and Barnett fields (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda
  • 学会等名: Spin Mechanics 2
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2014-06-21 – 2014-06-24
  • 招待講演
• [学会発表] Spinmotive Forces-magnetic bubbles, SOI, and PMA- (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda
  • 学会等名: SPANISH-JAPANESE WORKSHOP ON “NANOSCIENCE AND NEW MATERIALS FOR ENVIRONMENTAL CHALLENGES”
  • 発表場所: Granada, Spain
  • 年月日: 2014-06-18 – 2014-06-20
  • 招待講演
• [学会発表] Perpendicular magnetic anisotropy induced by surface Rashba spin-orbit interaction (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda, S. E. Barnes, and S. Maekawa
  • 学会等名: 14th REIMEI Workshop on Spin Currents and Related Phenomena
  • 発表場所: Grenoble, France
• [学会発表] Rashba Spin-Orbit Anisotropy and the Electric Field Control of Magnetism (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda, S. E. Barnes, and S. Maekawa
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: Denver, USA
• [学会発表] 表面Rashbaスピン・軌道相互作用による垂直磁気異方性とその電界制御の理論 (2014)
  • 著者名/発表者名: 家田淳一、S. E. Barnes、前川禎通
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
• [学会発表] Magnetic power inverter using domain wall motion in patterned nanowires (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda, Y. Yamane, and S. Maekawa
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Metallic Multilayers
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] Spinmotive Force -Basic Concepts and Developments- (2013)
  • 著者名/発表者名: 家田淳一
  • 学会等名: 第１１回稲盛フロンティアセミナー
  • 発表場所: 九州大学
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanical Generation of Spin Current in Nonmagnetic Thin Films (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda, M. Matsuo, and S. Maekawa
  • 学会等名: Spin Caloritronics IV
  • 発表場所: Tohoku University
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ構造磁性体におけるスピン起電力の理論と展開 (2012)
  • 著者名/発表者名: 家田淳一
  • 学会等名: 第４４回化合物新磁性研究会
  • 発表場所: 東京大学
  • 招待講演
• [学会発表] Real time analysis of spinmotive forces due to domain wall motion (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda, Y. Yamane, and S. Maekawa
  • 学会等名: 19th International Conference on Magnetism (ICM 2012)
  • 発表場所: Busan, Korea
• [学会発表] Spinmotive force in patterned nanowires with perpendicular magnetic anisotropy (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda, Y. Yamane, and S. Maekawa
  • 学会等名: the Joint European Magnetic Symposia (JEMS2012)
  • 発表場所: Parma, Italy
• [学会発表] 変調磁性細線を用いたDC磁場によるACスピン起電力生成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 家田淳一, 前川禎通
  • 学会等名: 日本物理学会2012 年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [学会発表] Electric-Field-Induced Spin Injection via Spinmotive Force (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda, Y. Yamane, and S. Maekawa
  • 学会等名: The 21th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces (ICMFS2012)
  • 発表場所: Shanghai, China
• [学会発表] スピンを含めた電磁気学：スピントロニクスの基礎 (2012)
  • 著者名/発表者名: 家田淳一
  • 学会等名: 仙台高等専門学校 第13回専攻特別講義I,II
  • 発表場所: 仙台高等専門学校
  • 招待講演
• [備考] 液体金属流から電気エネルギーを取り出せることを解明 ～電子の自転運動を利用した新しい発電へ～
  • URL: https://www.jaea.go.jp/02/press2015/p15110301/
• [備考] August 2015: Welcoming Japanese Guest Researchers
  • URL: https://www.klaeui-lab.physik.uni-mainz.de/news/
• [備考] 平成28年度科学技術分野の文部科学大臣表彰受賞（２）若手科学者賞
  • URL: http://www.jaea.go.jp/news/newsbox/2016/042501/
• [備考] 個人ＨＰ：
  • URL: http://asrc.jaea.go.jp/soshiki/gr/mori-gr/ieda/
• [備考] JAEA広報誌33号掲載記事：
  • URL: http://www.jaea.go.jp/05/genki/genki33.pdf#page=8
• [備考] 研究グループの成果紹介（基礎科学ノートVol.22）：
  • URL: http://asrc.jaea.go.jp/publication/note/pdf/37kagaku/37_04.pdf
• [備考] 研究者HP
  • URL: http://www9.ocn.ne.jp/̃jtoy/index.html
• [備考] 所属機関HP
  • URL: http://asrc.jaea.go.jp/
• [備考] JAEAプレス発表1
  • URL: http://www.jaea.go.jp/02/press2013/p13051701/index.html
• [備考] JAEAプレス発表2
  • URL: http://www.jaea.go.jp/02/press2013/p14021701/index.html
• [備考] 日刊工業新聞（掲載日 2014年02月24日）
  • URL: http://www.nikkan.co.jp/news/nkx0720140224eaab.html
• [備考] 研究者ＨＰ
  • URL: http://www9.ocn.ne.jp/~jtoy/index.html
• [備考] 所属機関ＨＰ
  • URL: http://asrc.jaea.go.jp/
• [備考] JAEAプレス発表１
  • URL: http://www.jaea.go.jp/02/press2012/p12041701/index.html
• [備考] JAEAプレス発表２
  • URL: http://www.jaea.go.jp/02/press2012/p13010901/index.html
• [備考] AIP Physics News Highlights
  • URL: http://www.aip.org/aip/research/PNH-1-3-2013.html
• [産業財産権] 磁気メモリ (2013)
  • 発明者名: 市村雅彦、菅野量子、家田淳一、前川禎通
  • 権利者名: 日立製作所、日本原子力研究開発機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2013-11-14
  • 取得年月日: 2014-10-10
• [産業財産権] スピン流制御装置 (2013)
  • 発明者名: 市村雅彦、家田淳一、前川禎通
  • 権利者名: 日立製作所、日本原子力研究開発機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2013-11-14
  • 取得年月日: 2014-11-21
• [産業財産権] 磁気メモリ (2013)
  • 発明者名: 菅野量子、市村雅彦、家田淳一、前川禎通
  • 権利者名: 日本原子力研究開発機構、日立製作所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2013-11-14
• [産業財産権] スピン流制御装置 (2013)
  • 発明者名: 市村雅彦、家田淳一、前川禎通
  • 権利者名: 日本原子力研究開発機構、日立製作所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2013-11-14