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2010 年度 実績報告書

光・電子スピン結合の理論

計画研究

研究領域スピン流の創出と制御
研究課題/領域番号 19048015
研究機関東京大学

研究代表者

永長 直人  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60164406)

キーワードスピン流 / ベリー位相 / 光学活性 / トポロジカル絶縁体
研究概要

スピン系の動的側面について以下の成果を得た。
1、保存則を満たす一般化したスピン密度、スピン流密度を理論的に構築できるかを検討し、その結果、非可換量子場の理論で発展してきた手法を応用することで、実際に保存量を作ることに成功した、,乱れたRashba系の数値シミュレーションを行い、確かに一般化した全スピンが保存していることを確かめた。さらに進んで、この保存則から導かれる新しい現象"スピン軌道エコー"の理論的提案を行った。これは、スピン軌道相互作用の強さを断熱的にゼロヘと変化させると、一度緩和したスピンが復活するというもので、この過程も数値シミュレーションによって実証することができた。これらはスピントロニクスにおけるスピン情報の保持という観点から最も基本的な知見である。
2、近藤効果がスピンホール効果を増強する可能性について検討した。金の中の鉄磁不純物の示す軌道依存近藤効果を量子モンテカルロ計篇を用いて調べ、スピン揺らぎがスピン軌道相互作用の効果を増強し、大きなスピンホール角をもたらすことを示した。この計算結果は、高梨グループの実験的研究と良い符合を示している。さらに進んでPtの不純物が表面近傍に存在したときに、同様の機構が働くことを第一原理状態計算と量子モンテカルロ計算を組み合わせることで明らかにした。この結果も高梨グループの最近の実験結果をよく説明することがわかった。これは、スピンホール効果の巨大化の指針を与えるものである。
3、3次元トポロジカル絶縁体の表面状態における磁性を理論的に検討した。ドメイン壁や渦糸構造が電荷を持つこと、磁性不純物によってすべての表面状態が局在することを見出した。前者は、電場による磁性制御の可能性を与えるもので、後者は従来困難とされてきたトポロジカル電気磁気効果の実現可能性を大きく進展させる成果である。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (18件) (うち査読あり 18件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Surface-Quantized Anomalous Hall Current and the Magnetoelectric Effect in Magnetically Disordered Topological Insulators2011

    • 著者名/発表者名
      K.Nomura
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW LETTERS

      巻: 106 ページ: 166802-1-166802-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surface-Assisted Spin Hall Effect in Au Films with Pt Impurities2010

    • 著者名/発表者名
      B.Gu
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW LETTERS

      巻: 105 ページ: 216401-1-216401-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum impurity spin in Majorana edge fermions2010

    • 著者名/発表者名
      R.Shindou
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 82 ページ: 180505(R)-1-180505(R)-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Manipulation of two spin qubits in a double quantum dot using an electric field2010

    • 著者名/発表者名
      A.Shitade
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 82 ページ: 195305-1-195305-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electric charging of magnetic textures on the surface of a topological insulator2010

    • 著者名/発表者名
      K.Nomura
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 82 ページ: 161401(R)-1-161401(R)-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interplay between charge-lattice interaction and strong electron correlations in cuprates : Phonon anomaly and spectral kinks2010

    • 著者名/発表者名
      G.De.Filippis
    • 雑誌名

      EURO PHYSICS LETTER

      巻: 91 ページ: 047007-1-047007-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretically Predicted Picosecond Optical Switching of Spin Chirality in Multiferroics2010

    • 著者名/発表者名
      M.Mochizuki
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW LETTERS

      巻: 105 ページ: 147202-1-147202-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Skyrmion lattice in a two-dimensional chiral magnet2010

    • 著者名/発表者名
      J.H.Han
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 82 ページ: 094429-1-094429-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum Renormalization of the Spin Hall Effect2010

    • 著者名/発表者名
      B.Gu
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW LETTERS

      巻: 105 ページ: 086401-1-0-086401-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin Model of Magnetostrictions in Multiferroic Mn Perovskites2010

    • 著者名/発表者名
      M.Mochizuki
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW LETTERS

      巻: 105 ページ: 037205-1-037205-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of the Magnon Hall Effect2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Onose
    • 雑誌名

      SCIENCE

      巻: 329 ページ: 297-299

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Monopole current and unconventional Hall response on a topological insulator2010

    • 著者名/発表者名
      J.D.Zang
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 81 ページ: 245125-1-245125-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical study of the dynamics of magnetization on the topological surface2010

    • 著者名/発表者名
      T.Yokoyama
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 81 ページ: 241410(R)-1-241410(R)-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Real-space observation of a two-dimensional skyrmion crystal2010

    • 著者名/発表者名
      X.Z.Yu
    • 雑誌名

      NATURE

      巻: 465 ページ: 901-904

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous Hall effect2010

    • 著者名/発表者名
      N.Nagaosa
    • 雑誌名

      REVIEWS OF MODERN PHYSICS

      巻: 82 ページ: 1539-1592

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interplay between superconductivity and ferromagnetism on a topological insulator2010

    • 著者名/発表者名
      J.Linder
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW B

      巻: 81 ページ: 184525-1-184525-11

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Purely Electric Spin Pumping in One Dimension2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Avishai
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW LETTERS

      巻: 104 ページ: 196601-1-196601-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theory of Electromagnons in the Multiferroic Mn Perovskites : The Vital Role of Higher Harmonic Components of the Spiral Spin Order2010

    • 著者名/発表者名
      M.Mochizuki
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW LETTERS

      巻: 104 ページ: 177206-1-177206-4

    • 査読あり
  • [学会発表] Conservation law of "spin" in the spin-orbit coupled system2010

    • 著者名/発表者名
      N.Nagaosa
    • 学会等名
      SPIN AGE 2010
    • 発表場所
      California, U.S.A.
    • 年月日
      2010-08-28
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体と磁性の理論2010

    • 著者名/発表者名
      永長直人
    • 学会等名
      2010年度スピン流の創出と制御研究会
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2010-06-24

URL: 

公開日: 2012-07-19  

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