計画研究
スピントロニクスの重要な課題はスピン流の制御である。本研究において我々は、スピン流生成現象に関して、スピン蓄積を用いたスピン注入、磁化ダイナミクスを用いたスピンポンピング効果、温度勾配を用いたスピン流生成の現象に関して、微視的な解析を進めた。結果として、スピンポンピング効果は、磁化ダイナミクスがある一定の普遍性に基づきスピン流を生成するという現象ではなく、スピン軌道相互作用の詳細に依存するような現象であることも明らかになった。そうした点で、スピントロニクス現象をスピンの輸送としてみたばあい、電磁気学の普遍的法則にしたがっておきている電荷の輸送現象とは、物理現象としての意味が全く異なっている。このことはスピントロニクス現象の、スピン流による解釈の限界も示している。スピン流の測定に関しては、電気的な検出を用いる逆スピンホール効果の解析を行った。その結果、逆スピンホール効果はスピン流を電流に変換しているという従来の描像は、近似的、現象論的なもので、物理的には正当性がないものであることがわかった。本年度はそれらの研究成果を統合し考察することで、スピン電荷変換メカニズムにモノポールが本質的であるという新しいシナリオを見出した。この解釈によれば、スピンポンピングと逆スピンホール効果を組み合わせた現象は、磁化の運動がスピン流を生成しそれが電流に変化されているという見方よりは、むしろそれはモノポールを生成し、そのモノポールがアンペール則により電流を発生しているとみると、非常にすっきりした理解ができる。しかもこの場合の理論は、電磁気学の体系とスピン輸送現象が既存の理論の枠内でうまく融合した体系となっている。スピン流に基づいた解釈では、その非保存性が物理的な解釈を混みいったものにしていることはよく知られているが、この新しいシナリオではそうした不確定性は存在しない。この研究成果により、スピン輸送現象の新たな可能性が見出されたことになる。
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