磁壁運動によるスピン流と起電力

2010 年度 研究成果報告書

• 研究領域: スピン流の創出と制御
• 研究課題/領域番号: 19048009
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構 (2010); 東北大学 (2007-2009)
• 研究代表者: 前川 禎通 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, センター長 (60005973)
• 研究分担者: 森 道康 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 副主任研究員 (30396519) ; 家田 淳一 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 任期付研究員 (20463797) ; 安立 裕人 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 任期付研究員 (10397903) ; 高橋 三郎 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (60171485) ; 大江 純一郎 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 博士研究員 (40510251)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2010
• キーワード: スピントロニクス / 磁壁 / スピン流 / スピン起電力 / スピンゼーベック効果 / スピンホール効果 / スピン波 / スピンポンピング

研究概要

本研究は、磁化運動に伴う電圧生成の新原理「スピン起電力」に関する量子論的基礎を確立し、現象の解明と新機能を有する磁気デバイスの開発を目的とする。主な成果として、スピン起電力の数値計算アルゴリズム開発を行い、強磁性体中の局在磁化ダイナミクスとスピン起電力の関係を明らかにした。特に、磁気渦運動によるスピン起電力の解明、非一様磁性細線中の磁壁移動を用いた外部磁場印加不要なスピン起電力の解明、強磁性共鳴を用いたスピン起電力の連続発信、スピン起電力を用いた磁気ヘッドの発明などを行った。

研究成果

• [雑誌論文] Time-domain observation of the spin-motive force in Permalloy nanowires (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hayashi, J. Ieda, Y. Yamane, J. Ohe, Y. K. Takahashi, S. Mitani, S. Maekawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: Vol.108 ページ: 147202(1-5)
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.108.147202
  • 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, and S. Maekawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: Vol.100 ページ: 162401(1-3)
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.4703933
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-motiveforce due to a gyrating magnetic vortex (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Tanabe, D. Chiba, J. Ohe, S. Kasai, H. Kohno, S.E. Barnes, S. Maekawa, K. Kobayashi, and T. Ono
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: Vol.3 ページ: 845
  • DOI: DOI:10.1038/ncomms1824
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically tunable spin injector freefrom the impedance mismatch problem (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Ando, S. Takahashi, J. Ieda, H. Kurebayashi, T. Trypiniotis, C. Barnes, S. Maekawa, E. Saitoh
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: Vol.10 ページ: 655-659
  • DOI: DOI:10.1038/nmat3052
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spinmotive Force Due to Intrinsic Energy of Ferromagnetic Nanowires (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamane, J. Ieda, J. Ohe, S. E. Barnes, S. Maekawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: Vol.4 ページ: 093003(1-3)
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.4.093003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-range spinSeebeck effect and acoustic spin pumping (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, H. Adachi, T. An, T. Ota, M. Toda, B. Hillebrands, S. Maekawa, E. Saitoh
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: Vol.10 ページ: 737-741
  • DOI: DOI:10.1038/nmat3099
  • 査読あり
• [雑誌論文] Li(Zn,Mn)As as a new generation ferromagnet based on a I-II-V semiconductor (2011)
  • 著者名/発表者名: Deng, C.Q. Jin, Q.Q. Liu, X.C. Wang, J.L. Zhu, S.M. Feng, L.C. Chen, R.C. Yu, C. Arguello, T. Goko, Fanlong Ning, Jinsong Zhang, Yayu Wang, A.A. Aczel, T. Munsie, T.J. Williams, G.M. Luke, T. Kakeshita, S. Uchida, W. Higemoto, T.U. Ito, Bo Gu, S. Maekawa, G.D. Morris, Y.J. Uemura
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: Vol.2 ページ: 422
  • DOI: DOI:10.1038/ncomms1425
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous Generation of Spinmotive Force in a Patterned Ferromagnetic Film (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamane, K. Sasage, T. An, K. Harii, J. Ohe, J. Ieda, S. E. Barnes, E. Saitoh, S. Maekawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: Vol.107 ページ: 236602(1-4)
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.107.236602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of mechanical rotation on spin currents (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo, J. Ieda, E. Saitoh, S. Maekawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: Vol.106 ページ: 076601-076604
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.106.076601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin current generation due to mechanical rotation in the presence of impurity scattering (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo, J. Ieda, E. Saitoh, S. Maekawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol.98 ページ: 242501(1-3)
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.3597220
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant enhancement of spinaccumulation and long-distance spinmanipulation in metallic lateral spinvalves (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Fukuma, L. Wang, H. Idzuchi, S. Takahashi, S. Maekawa, Y. Otani
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: Vol.10 ページ: 527-531
  • DOI: DOI:10.1038/nmat3046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transmission of electrical signals byspin-wave interconversion inmagnetic insulator (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Kajiwara, K. Harii, S. Takahashi, J. Ohe, K. Uchida, M. Mizuguchi, H. Umezawa, H. Kawai, K. Ando, K. Takanashi, S. Maekawa, E. Saitoh
  • 雑誌名: Nature 巻: Vol.464 ページ: 262-266
  • DOI: DOI:10.1038/nature08876
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extremely long quasiparticle spin lifetimes in superconducting aluminium using MgO tunnel spin injectors (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Yang, S.H. Yang, S. Takahashi, S. Maekawa, S.S.P. Parkin
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: Vol.9 ページ: 586-593
  • DOI: DOI:10.1038/nmat2781
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Seebeck insulator (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, J. Xiao, H. Adachi, J. Ohe, S. Takahashi, J. Ieda, T. Ota, Y. Kajiwara, H. Umezawa, H. Kawai, G.E.W. Bauer, S. Maekawa, E. Saitoh
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: Vol.9 ページ: 894-897
  • DOI: DOI:10.1038/nmat2856
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of longitudinal spin-Seebeck effect in magnetic insulators (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, H. Adachi, T. Ota, H. Nakayama, S. Maekawa, E. Saitoh
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol.97 ページ: 172505-172507
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.3507386
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gigantic enhancement of spin Seebeck effect by phonon drag (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Adachi, K. Uchida, E. Saitoh, J. Ohe, S. Takahashi, S. Maekawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol.97 ページ: 252506-252508
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.3529944
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Spin Hall Effectby Resonant Skew Scattering in theOrbital-Dependent Kondo Effect (2009)
  • 著者名/発表者名: G.-Y. Guo, S. Maekawa, N. Nagaosa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: Vol.102 ページ: 036401-036404
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.102.036401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electromotive force and hugemagnetoresistance in magnetic tunneljunctions (2009)
  • 著者名/発表者名: P. N. Hai, S. Ohya, M. Tanaka, S.E. Barnes, S. Maekawa
  • 雑誌名: Nature 巻: Vol.458 ページ: 489-492
  • DOI: DOI:10.1038/nature07879
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric detection of spin wave resonance using inverse spin-Hall effect (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Ando, J. Ieda, K. Sasage, S. Takahashi, S. Maekawa, E. Saitoh
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol.94 ページ: 262505(1-3)
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.3167826
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical measurements of the polarization in a moving magnetic vortex (2009)
  • 著者名/発表者名: J. Ohe, S. E. Barnes, H. W. Lee, S. Maekawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol.95 ページ: 123110(1-3)
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.3237166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetism: A flood of spin current (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: Vol.8 ページ: 777-778
  • DOI: DOI:10.1038/nmat2539
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant spin Hall effect in perpendicularly spin-polarized FePt/Au devices (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Seki, Y. Hasegawa, S. Mitani, S. Takahashi, H. Imamura, S. Maekawa, J. Nitta, K. Takanashi
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: Vol.7 ページ: 125-129
  • DOI: DOI:10.1038/nmat2098
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric Manipulation of SpinRelaxation Using the Spin Hall Effect (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ando, S. Takahashi, K. Harii, K. Sasage, J. Ieda, S. Maekawa, E. Saitoh
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: Vol.101 ページ: 036601-036604
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.101.036601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of the spin Seebeck effect (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, S. Takahashi, K. Harii, J. Ieda, W. Koshibae, K. Ando, S. Maekawa, E. Saitoh
  • 雑誌名: Nature 巻: Vol.455 ページ: 778-781
  • DOI: DOI:10.1038/nature07321
  • 査読あり
• [雑誌論文] Room-Temperature Reversible SpinHall Effect (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Kimura, Y. Otani, T. Sato, S. Takahashi, S. Maekawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: Vol.98 ページ: 156601(1-4)
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.98.156601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generalization of Faraday's Law to Include Nonconservative Spin Forces (2007)
  • 著者名/発表者名: S. E. Barnes, S. Maekawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: Vol.98 ページ: 246601(1-1)
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.98.246601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supercurrent Pumping in JosephsonJunctions with a Half-Metallic Ferromagne (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Takahashi, S. Hikino, M. Mori, J. Martinek, S. Maekawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: Vol.99 ページ: 057003(1-4)
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.99.057003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universality classes for domain wallmotion in the ferromagnetic semiconductor (Ga,Mn)As (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Yamanouchi, J. Ieda, F. Matsukura, S. E. Barnes, S. Maekawa, H. Ohno
  • 雑誌名: Science 巻: Vol.317 ページ: 1726-1729
  • DOI: DOI:10.1126/science.1145516
  • 査読あり
• [学会発表] Conservation Laws and Spin Motive Force in Magnetic Nanostructures (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Moscow International Symposium on Magnetism
  • 発表場所: Moscow Russia
  • 年月日: 2011-08-22
• [学会発表] Dynamics of Josephson-phase coupled with spin waves (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Mori
  • 学会等名: The 26th International ConferenceLow Temperature Physics
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2011-08-13
• [学会発表] Non-Equilibrium Magnons, Spin Current and Spin Seebeck Effect (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: 2nd International Workshop on Magnonics: From Fundamentals to Applications
  • 発表場所: Recife, Brazil
  • 年月日: 2011-08-07
• [学会発表] Spin Current from Mechanical Motion (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda
  • 学会等名: Spin Caloritronics III
  • 発表場所: Leiden, Netherlands
  • 年月日: 2011-05-12
• [学会発表] Are only phonons relevant to the long-range nature of the spin Seebeck effect? (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Adachi
  • 学会等名: Spin Caloritronics III
  • 発表場所: Leiden, Netherlands
  • 年月日: 2011-05-10
• [学会発表] Theory on pure spin current (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Intermag 2011
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2011-04-04
• [学会発表] Spin Current, Charge Current and their Interaction in Magnetic Nanostructures (2010)
  • 著者名/発表者名: 前川禎通
  • 学会等名: 日本磁気学会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2010-09-04
• [学会発表] Spin Current, Charge Current and their Interactionin Magnetic Nanostructures (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: KITPC 2010
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2010-05-31
• [学会発表] スピンゼーベック効果とスピン起電力の理論 (2009)
  • 著者名/発表者名: 家田淳一
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2009-09-26
• [学会発表] スピン起電力 (2009)
  • 著者名/発表者名: 前川禎通
  • 学会等名: 第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2009-09-09
• [学会発表] Spin Hall Effect and Spin Seebeck Effect (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: APW-A3
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2009-07-05
• [学会発表] Conservation Laws and Spin Motive Force in Magnetic Nanostructures (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Spin Currents 2009
  • 発表場所: South Lake Tahoe, USA
  • 年月日: 2009-04-18
• [学会発表] GMR(巨大磁気抵抗効果)からTMR(トンネル磁気抵抗効果)へ (2009)
  • 著者名/発表者名: 前川禎通
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] Non-Local SpinTransport and Spin Motive Force in Magnetic Nanostructures (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: 53rd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials, American Centerfor Physics
  • 発表場所: Austin, USA
  • 年月日: 2008-11-13
• [学会発表] Spin MotiveForce in Magnetic Nanostructures (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: 421st. Wilhelm and Else Heraeus Seminar on Spin Hall Effect, Physikzentrum
  • 発表場所: Bed Honeff, Germany
  • 年月日: 2008-10-20
• [学会発表] Domain wall motion in variable-shaped magnetic wires (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda
  • 学会等名: The Joint European Magnetics Symposia
  • 発表場所: Dublin, Ireland
  • 年月日: 2008-10-14
• [学会発表] Conservation Laws and Spin Motive Force in Magnetic Nanostructures (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: CNSI-Rice Workshop Nanoelecronics, Spintronics and Photonics
  • 発表場所: Santa Barbara、USA
  • 年月日: 2008-10-09
• [学会発表] Spin Hall effect in metals and superconductors (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Takahashi
  • 学会等名: Moscow International Symposium on Magnetism (MISM-2008)
  • 発表場所: Moscow, Russia
  • 年月日: 2008-07-20
• [学会発表] スピンエレクトロニクス-その基礎と応用の間で- (2008)
  • 著者名/発表者名: 前川禎通
  • 学会等名: 茅コンファレンス
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-06-11
• [学会発表] 超伝導体中のスピン流 (2008)
  • 著者名/発表者名: 前川禎通
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2008-03-23
• [学会発表] Tunnel Magnetoresistance, SpinAccumulation, and Spin Hall Effect (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2008
  • 発表場所: New Orleans, USA
  • 年月日: 2008-03-14
• [学会発表] Theory of Current-Induced Domain Wall Creep in (Ga,Mn)As (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Ieda
  • 学会等名: American PhysicalSciety March Meeting 2008
  • 発表場所: New Orleans, USA
  • 年月日: 2008-03-10
• [学会発表] Spin currentversus charge current in magnetic nanostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Takahashi
  • 学会等名: International Conference Magnetic Materials (ICMM2007)
  • 発表場所: Kolkata, India
  • 年月日: 2007-12-14
• [学会発表] Spin Current vs. Charge Current in Magnetic Nanostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Yukawa International Seminar 2007
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2007-11-20
• [図書] スピントロニクスの基礎と材料・応用技術の最前線、第3章「スピン注入・蓄積効果」 (2009)
  • 著者名/発表者名: 高橋三郎, 他
  • 総ページ数: 31-41
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考]
  • URL: http://asrc.jaea.go.jp/soshiki/gr/morigr/index.html
• [産業財産権] 磁気ヘッド及び磁気記憶装置 (2011)
  • 発明者名: 市村雅彦、菅野量子、濱田智之、孝橋照生、前川禎通
  • 権利者名: 市村雅彦、菅野量子、濱田智之、孝橋照生、前川禎通
  • 産業財産権番号: 特許,特願2011-75721
  • 出願年月日: 2011-03-30
• [産業財産権] 磁気電気エネルギー変換装置、電源装置および磁気センサ (2010)
  • 発明者名: 田中雅明、ファムナムハイ、大矢忍、スチュワートバーンズ、前川禎通
  • 権利者名: 田中雅明、ファムナムハイ、大矢忍、スチュワートバーンズ、前川禎通
  • 産業財産権番号: 特許,PCT/JP2010/053668
  • 出願年月日: 2010-03-05
  • 外国