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スピンポンプによるトポロジカル絶縁体へのスピン流注入と逆スピンホール効果

公募研究

研究領域対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象
研究課題/領域番号 25103702
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東北大学

研究代表者

塩見 雄毅  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (10633969)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2013年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードトポロジカル絶縁体 / スピントロニクス / スピン流 / スピンポンピング / スピンー軌道ロッキング / ディラック電子 / スピンー軌道相互作用 / 磁化ダイナミクス / スピン-電荷変換
研究実績の概要

本研究では、トポロジカル絶縁体表面状態のスピントロニクス応用を目指し、強磁性体を接合したトポロジカル絶縁体において、スピントロニクスの観点からトポロジカル絶縁体表面状態のスピン流物理の研究を行った。
スピンポンピングと呼ばれる強磁性共鳴を利用した手法を用いると、強磁性体から表面状態にスピンを注入することができる。表面状態では平衡状態で逆向きスピンが互いに反対方向に流れているため電流は生じないが、スピンを外から注入しそのバランスを崩してやると、注入したスピンの向きと注入方向の両方に垂直な方向(ホール方向)に電流が生じることが期待される。
本研究では、バルクキャリアを補償したトポロジカル絶縁体(Bi,Sb)2(Te,Se)3およびSnドープしたBi2Te2Seと、強磁性金属であるNi-Fe合金の接合系を用いて、スピン注入実験を行った。上記で説明した通り、スピン注入誘起電圧信号は、注入するスピンの向きに依存するため、磁場に対して奇の対称性をもつことが期待される。我々は、バルクキャリアを補償したトポロジカル絶縁体試料において、表面状態の輸送現象が主要となる低温で磁場に対して奇の信号が見られることを示した。幾つかの対照実験により、この信号がトポロジカル絶縁体表面状態におけるスピン注入誘起電圧信号であることを実証した[Y. Shiomi, et al., Phys. Rev. Lett. 113, 196601 (2014).]。この成果は海外からも広く注目を集め、磁性分野で最も大きな国際会議の1つであるMMM会議で招待講演を行った(ホノルル、2014年11月6日発表)。この結果を更に発展させるべく、フェリ磁性絶縁体Y3Fe5O12を用いたトポロジカル絶縁体へのスピン注入実験も本新学術領域の若手相互滞在プログラムを利用して行った。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Generation of spin currents in the skyrmion phase of a helimagnetic insulator Cu2OSeO32015

    • 著者名/発表者名
      D. Hirobe, Y. Shiomi, Y. Shimada, J. Ohe, and E. Saitoh
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 117 号: 5 ページ: 053904-053904

    • DOI

      10.1063/1.4907040

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin-Electricity Conversion Induced by Spin Injection into Topological Insulators2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiomi, K. Nomura, Y. Kajiwara, K. Eto, M. Novak, K. Segawa, Y. Ando and E. Saitoh
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 113 号: 19 ページ: 196601-196601

    • DOI

      10.1103/physrevlett.113.196601

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Spin-injection experiments in topological insulators and skyrmion crystals2015

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shiomi
    • 学会等名
      Spin-orbit coupling in surface or interface states workshop
    • 発表場所
      Spetses (Greece)
    • 年月日
      2015-06-08 – 2015-06-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] トポロジカル物質におけるスピンポンピング効果2015

    • 著者名/発表者名
      塩見雄毅
    • 学会等名
      第52回日本磁気学会スピンエレクトロニクス専門委員会
    • 発表場所
      東北大学、仙台
    • 年月日
      2015-01-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] spin-electricity conversion effect induced by spin pumping in ferromagnet|topological-insulator devices2014

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shiomi
    • 学会等名
      59th Annual Magnetism and Magnetic Materials Conference
    • 発表場所
      Honolulu (Hawaii)
    • 年月日
      2014-11-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Spin-electricity conversion effect induced by spin pumping in ferromagnet|topological-insulator devices2014

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shiomi, K.Nomura, Y.Kajiwara, K.Eto, K.Segawa, Y.Ando, and E.Saitoh
    • 学会等名
      The AIMR International Symposium2014
    • 発表場所
      Sendai International Center
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Spin-electricity conversion effect induced by spin pumping in ferromagnet|topological-insulator devices2014

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shiomi, K.Nomura, Y.Kajiwara, K.Eto, K.Segawa, Y.Ando, and E.Saitoh
    • 学会等名
      14th REIMEI workshop on spin currents and related phenomena
    • 発表場所
      ILL, Grenoble, France
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] スピンポンプによるトポロジカル絶縁体へのスピン注入と起電力発生2013

    • 著者名/発表者名
      塩見雄毅、野村健太郎、梶原瑛祐、江藤数馬、瀬川耕司、安藤陽一、齊藤英治毅
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] 新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」研究成果のwebページ

    • URL

      http://www.topological-qp.jp/achievements/index.html

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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