磁性絶縁体/金属ナノ構造におけるスピンホール磁気抵抗効果の理論的研究

• 研究課題/領域番号: 25400337
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 高橋 三郎 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (60171485)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 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: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: スピントロニクス / 強磁性絶縁体 / スピン流 / スピン蓄積 / スピンホール効果 / スピンホール磁気効果 / スピントルク磁気共鳴 / スピン依存伝導 / スピンホール磁気抵抗効果 / スピン依存ホール効果 / 強磁性金属 / ナノ構造２層膜 / 磁性絶縁体 / 磁化ダイナミックス / スピントルク共鳴 / 磁気抵抗効果

研究成果の概要

強磁性絶縁体と非磁性金属からなる複合ナノ構造（ハイブリッド構造）において、従来の金属強磁性体の異方性磁気抵抗効果と異なった新しい機構による磁気抵抗効果を提案した。強磁性絶縁体イットリウム鉄ガーネット（YIG）と白金（Pt）からなる２層ナノ構造では、スピン軌道相互作用の大きい白金層でスピンホール効果と逆スピンホール効果が同時に働くことにより新しいタイプの磁気抵抗効果（スピンホール磁気抵抗効果）が出現することを提案し、磁性絶縁体/非磁性金属の接合界面近傍で発現する新規な非平衡スピン伝導現象を開拓した。

研究成果

• [国際共同研究] Walther-Meisner-Institut/Technische Universitat Munchen(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] Spin Hall magnetoresistance in metallic bilayers (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Kim, P. Sheng, S. Takahashi, S. Mitani and M. Hayashi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 116 号: 9 ページ: 097201-097201
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.097201
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effective exchange fields in spin-torque resonance of magnetic insulators (2016)
  • 著者名/発表者名: TakahiroChiba, GerritE.W.Bauer, SaburoTakahashi
  • 雑誌名: JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS 巻: 400 ページ: 163-167
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2015.07.058
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theory of spin Hall magnetoresistance (SMR) and related phenomena (2016)
  • 著者名/発表者名: Yan-Ting Chen, Saburo Takahashi, Hiroyasu Nakayama, Matthias Althammer, Sebastian T B Goennenwein, Eiji Saitoh, and Gerrit E W Bauer,
  • 雑誌名: Journal of Physics-Condensed Matter 巻: 28 号: 10 ページ: 103004-103004
  • DOI: 10.1088/0953-8984/28/10/103004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Temperature dependence of enhanced spin relaxation time in metallic nanoparticles: Experiment and theory (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Koda, S. Mitani, S. Takahashi, M. Mizuguchi, K. Sato, T. J. Konno, S. Maekawa, and K. Takanashi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 号: 8
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.085402
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Modelling of the Peltier effect in magnetic multilayers (2016)
  • 著者名/発表者名: I. Juarez-Acosta, M. A. Olivares-Robles, S. Bosu, Y. Sakuraba, T.Kubota, S. Takahashi, K. Takanashi and G. E. W. Bauer
  • 雑誌名: J. Phys. D: Appl. Phys. 巻: 119 号: 7 ページ: 073906-073906
  • DOI: 10.1063/1.4942163
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quasiparticle-mediated spin Hall effect in a superconductor (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Wakamura, H. Akaike, Y. Omori, S. Takahashi, Y. Niimi, A. Fujimaki, S. Maekawa and Y. Otani
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 未定 号: 7 ページ: 675-678
  • DOI: 10.1038/nmat4276
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetization damping in noncollinear spin valves with antiferromagnetic interlayer couplings (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Chiba, Gerrit E. W. Bauer, and Saburo Takahashi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92-5 号: 5
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.054407
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Current-induced spin torque resonance of a magnetic insulator (2015)
  • 著者名/発表者名: Michael Schreier, Takahiro Chiba, Arthur Niedermayr, Johannes Lotze, Hans Huebl, Stephan Geprags, Saburo Takahashi, Gerrit E. W. Bauer, Rudolf Gross, and Sebastian T. B. Goennenwein
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92-14 号: 14
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.144411
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Size dependence of Peltier cooling in ferromagnet/Au nanopillars (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Bosu, Y. Sakuraba, T. Kubota, I. Juarez-Acosta, T. Sugiyama, K. Saito, M. A. Olivares-Robles, S. Takahashi, G. E. W. Bauer and K. Takanashi
  • 雑誌名: Applied Physical Express 巻: 8 号: 8 ページ: 083002-083002
  • DOI: 10.7567/apex.8.083002
  • NAID: 210000137616
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Current-induced spin torque resonance of magnetic insulators affected by field-like spin-orbit torques and out-of-plane magnetizations (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Chiba, Michael Schreier, Gerrit E. W. Bauer, and Saburo Takahashi
  • 雑誌名: JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 117 号: 17
  • DOI: 10.1063/1.4913632
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of anisotropic spin absorption on the Hanle effect in lateral spin valves (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Idzuchi, Y. Fukuma, S. Takahashi, S. Maekawa, Y. Otani
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 89 号: 8 ページ: 0813081-5
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.081308
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous temperature dependence of current induced torques in magnetic heterostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Kim, J. Sinha, S. Mitani, M Hayashi, S. Takahashi, S. Maekawa, M. Yamanouchi, and H. Ohno
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 89 号: 17 ページ: 174424-174424
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.174424
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Linewidth broadening of optical precession mode in synthetic antiferromagnet (2014)
  • 著者名/発表者名: Kensho Tanaka, Takahiro Moriyama, Masaki Nagata, Takeshi Seki, Koki Takanashi, aSaburo Takahashi, and Teruo Ono
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 7 号: 6 ページ: 063010-063010
  • DOI: 10.7567/apex.7.063010
  • NAID: 210000137131
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Giant dielectric and magnetoelectric responses in insulating nanogranular films at room temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Kobayashi, H. Masumoto, S. Takahashi, and S. Maekawa
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1038/ncomms5417
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Current-Induced Spin-Torque Resonance of Magnetic Insulators (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Chiba, Gerrit E.W. Bauer, and Saburo Takahashi
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW APPLIED 巻: 2 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.2.034003
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Giant enhancement of spin pumping in the out-of-phase precession mode (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Takahashi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 104 号: 5
  • DOI: 10.1063/1.4863961
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Anomalous temperature dependence of current induced torques in magnetic heterostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Kim, J. Sinha, S. Mitani, M Hayashi, S. Takahashi, S. Maekawa, M. Yamanouchi, and H. Ohno
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory of spin Hall magnetoresistance (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.-T. Chen, S. Takahashi, H. Nakavama. M. Althammer, S. T. B. Goennenwein, E. Saitoh, and G. E. W. Bauer
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87 号: 14
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.144411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Hall magnetoresistance induced by a Non-Equilibrium Proximity Effect (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Nakayama, M. Althammer, Y-T. Chen, K. Uchida, Y. Kajiwara, D. Kikuchi, T. Ohtani, S. Geprags, M. Opel, S. Takahashi, R. Gross, G. E. W. Bauer, S. T. B. Goennenwein, E. Saitoh
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 110 号: 20
  • DOI: 10.1103/physrevlett.110.206601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin torque transistor revisited (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Chiba, G. E. W. Bauer, and S. Takahashi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 102 号: 19
  • DOI: 10.1063/1.4806982
  • 査読あり
• [学会発表] Magnetization damping in noncollinear spin valves with antiferromagnetic interlayer couplings, (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Chiba, G. E. W. Bauer, and S. Takahashi
  • 学会等名: The 13th Joint MMM-Intermag Conference
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2016-01-11
  • 国際学会
• [学会発表] Effective exchange fields in spin-torque resonance of magnetic insulators (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Chiba, G. E. W. Bauer, and S. Takahashi
  • 学会等名: 13th RIEC International Workshop on Spintronics
  • 発表場所: Tohoku University (Sendai, Japan)
  • 年月日: 2015-11-18
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetization dynamics in trilayer synthetic antiferromagnets, International Workshop: Spintronics with Antiferromagnets (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Chiba, G. E. W. Bauer, and S. Takahashi
  • 学会等名: 32nd Reimei Workshop on Frontiers of Condensed Matter Physics
  • 発表場所: Tohoku University (Sendai, Japan)
  • 年月日: 2015-11-16
  • 国際学会
• [学会発表] Fluid motion induced by spin injection (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Takahashi
  • 学会等名: International Workshop on Flow Dynamics and Spintronics
  • 発表場所: KTH Royal Institute of Technology (Sockholm, Sweden)
  • 年月日: 2015-11-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enhancement of Gilbert damping in trilayer synthetic antiferromagnets via dynamic exchange interactions (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Chiba, G. E. W. Bauer, and S. Takahashi
  • 学会等名: International conference on solid state devices and materials
  • 発表場所: Sapporo Convention Center (Sapporo, Japan)
  • 年月日: 2015-09-27
  • 国際学会
• [学会発表] スピン流が人工反強磁性体に及ぼす影響の研究 III (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中健勝, 森山貴広, 永田真己, 水野隼翔, 関剛斎, 高梨弘毅, 千葉貴裕, 高橋三郎, Gerrit E. W. Bauer, 小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市山手町）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 絶縁性FeCo-MgFナノグラニュラー膜のTMD効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林伸聖, 岩佐忠義, 石田今朝男, 増本 博, 高橋三郎, 前川禎通
  • 学会等名: 第39回 日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市千種区不老町）
  • 年月日: 2015-09-08
• [学会発表] スピン流が人工反強磁性体に及ぼす影響の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中健勝, 森山貴広, 永田真己, 水野隼翔, 関剛斎, 高梨弘毅, 千葉貴裕, 高橋三郎, Gerrit E. W. Bauer, 小野輝男
  • 学会等名: 第39回 日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市千種区不老町）
  • 年月日: 2015-09-08
• [学会発表] Theory of Current-Induced Spin Torque Resonance of Magnetic Insulators (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Chiba, G. E. W. Bauer, and S. Takahashi
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism (ICM)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetization damping in antiferromagnetically coupled spin valves (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Chiba, G. E. W. Bauer, and S. Takahashi
  • 学会等名: New Perspectives in Spintronic and Mesoscopic Physics
  • 発表場所: Kashiwa-no-ha Conference Center (Kashiwa, Japan)
  • 年月日: 2015-06-01
  • 国際学会
• [学会発表] スピン流が人工反強磁性体に及ぼす影響の研究 II (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中健勝，森山貴広，永田真己，水野隼翔，関剛斎，高梨弘毅，千葉貴裕，高橋三郎，Gerrit E. W. Bauer，小野輝男
  • 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 (新宿)
  • 年月日: 2015-03-21
• [学会発表] Current-induced spin torque resonance of a magnetic insulator (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Schreier, T. Chiba, A. Niedermayr, J. Lotze, H. Huebl, S. Geprags, S. Takahashi, G. E. W. Bauer, R. Gross, and S. T. B. Goennenwein
  • 学会等名: 79th Annual Meeting of the DPG and DPG Spring Meeting
  • 発表場所: Berlin (Germany)
  • 年月日: 2015-03-16
• [学会発表] Effect of spinmotive force on spin current in nonlocal spin valve (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda, M. Ichimura, S. Takahashi, and S. Maekawa
  • 学会等名: The 59th Annual Magnetism and Magnetic Materials Conference
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2014-11-07
• [学会発表] Current-induced spin torque resonance for magnetic insulators (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Chiba, G. E. W. Bauer, and S. Takahashi
  • 学会等名: The 59th Annual Magnetism and Magnetic Materials Conference
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2014-11-04
• [学会発表] First observation of quasiparticles-mediated spin Hall effect in superconducting niobium nitride (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Wakamura, H. Akaike, Y. Omori, Y. Niimi, S. Takahashi, A. Fujimaki, and Y. Otani
  • 学会等名: The 59th Annual Magnetism and Magnetic Materials Conference
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2014-11-04
• [学会発表] Linewidth broadening of the optical precession mode in a synthetic antiferromagnet due to mutual spin pumping effect (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka, T. Moriyama, M. Nagata, T. Seki, K. Takanashi, S. Takahashi and T. Ono
  • 学会等名: The 59th Annual Magnetism and Magnetic Materials Conference
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2014-11-04
• [学会発表] 磁性絶縁体における電流駆動磁気緩和の変調 (2014)
  • 著者名/発表者名: 千葉 貴裕、Gerrit E. W. Bauer、高橋 三郎
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学 (札幌)
  • 年月日: 2014-09-17
• [学会発表] 磁性絶縁体における電流誘起スピントルク磁気共鳴 (2014)
  • 著者名/発表者名: 千葉 貴裕、Gerrit E. W. Bauer、高橋 三郎
  • 学会等名: 日本物理学会2014 年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学 (春日井市)
  • 年月日: 2014-09-07
• [学会発表] 人工反強磁性体における光学モードの線幅の増大 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中健勝，森山貴広，永田真己，関剛斎，高梨弘毅，高橋三郎，小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会2014 年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学 (春日井市)
  • 年月日: 2014-09-07
• [学会発表] Current-induced spin torque resonance for magnetic insulators (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Chiba, G. E. W. Bauer, and S. Takahashi
  • 学会等名: IEEE International Conference on Microwave Magnetics
  • 発表場所: Sendai (Japan)
  • 年月日: 2014-07-01
• [学会発表] Current-driven effective damping modulation of magnetic insulators (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Chiba, G. E. W. Bauer, and S. Takahashi
  • 学会等名: The 12th RIEC International Workshop on Spintronics
  • 発表場所: Sendai (Japan)
  • 年月日: 2014-06-26
• [学会発表] Spin Hall magnetoresistance in a trilayer system with noncollinear magnetizations (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Takahashi
  • 学会等名: ICC-IMR/20th REIMEI International Workshop on Spin Mechanics 2
  • 発表場所: Sendai (Japan)
  • 年月日: 2014-06-24
  • 招待講演
• [学会発表] Theory of spin Hall magnetoresistance for alternating currents (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Chiba, G. E. W. Bauer, and S. Takahashi
  • 学会等名: ICC-IMR/20th REIMEI International Workshop on Spin Mechanics 2
  • 発表場所: Sendai (Japan)
  • 年月日: 2014-06-21 – 2014-06-24
• [学会発表] Static and dynamic properties of spin transport in magnetic insulator/metal/magnetic insulator trilayer systems
  • 著者名/発表者名: S. Takahashi
  • 学会等名: Reimei International Workshop 2014
  • 発表場所: ILL, Grenoble, France
  • 招待講演
• [学会発表] 磁性絶縁体／金属多層膜におけるスピンホール磁気抵抗効果
  • 著者名/発表者名: 高橋三郎
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] スピン流により駆動される磁気抵抗効果：スピンHall磁気抵抗効果
  • 著者名/発表者名: 中山裕康，Matthias Althammer，Yan-Ting Chen，内田健一，梶原瑛祐，菊池大介，大谷隆史，Stephan Gepraegs，Matthias Opel，高橋三郎，Rudolf Gross，Gerrit Bauer, Sebastian Goennenwein，齊藤英治
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 同志社大学京田部キャンパス
• [学会発表] Spin Hall magnetoresistance and spin pumping in a trilayer with magnetic insulators
  • 著者名/発表者名: S. Takahashi, T. Chiba, Y.T. Chen, and G.E.W. Bauer
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 青山学院大学相模キャンパス
• [学会発表] Theory of spin torque resonance for magnetic insulators
  • 著者名/発表者名: 千葉貴裕，Gerrit Bauer，高橋三郎
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 青山学院大学相模キャンパス
• [学会発表] 強磁性絶縁体/金属/強磁性絶縁体の3層構造における交流電流誘起スピンポンピング
  • 著者名/発表者名: 高橋三郎
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
• [図書] Handbook in Spintronics (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Takahashi
  • 総ページ数: 36
  • 出版者: Springer
• [図書] Handbook of Spintronics (2015)
  • 著者名/発表者名: Saburo Takahashi, 他多数
  • 出版者: Springer