熱・力学的スピン変換

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: ナノスピン変換科学
• 研究課題/領域番号: 26103005
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 齊藤 英治 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80338251)
• 研究分担者: 高梨 弘毅 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00187981) ; 小野 正雄 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (50370375)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: スピン流 / スピントロニクス / 磁性物理 / スピンメカニクス

研究実績の概要

本研究では、機械運動・熱・波動・音・電気とのスピン変換及び相互作用現象を開拓する。これにより、スピン変換の学理構築を推進するとともに、スピンを利用した新たなエネルギー変換科学技術の体系を創出する。平成30年度の主な成果は以下の通りである。
(1) 反強磁性相転移を利用したスピン流ON/OFF変換機能を実現：反強磁性体の相転移を利用して、スピン流の流れやすさを変換できる機能を実現した。Cr2O3は、反強磁性相転移の前後でスピン流に対する導体から絶縁体に変わることを見いだし、スピン流の流れやすさを500%変化させることに成功した (Nature Materials誌に掲載)。
(2) 核スピンに由来したマイクロ波-スピン流変換現象を発見：原子核の自転運動である核スピンを利用し、マイクロ波照射により核スピンの集団歳差運動を誘起することでスピン流を生成することに成功した。電子のスピン自由度に依存していた従来のスピン変換現象に対して、核スピンが利用可能であることを実証した (Nature Physics誌に掲載)。
(3) 渦糸液体状態に起因した環境ノイズ-電力変換現象を発見：磁気渦糸液体状態の第二種超伝導体MoGeとフェリ磁性体の接合素子は、環境の電磁ノイズを定常的な起電力に変換できることを発見した。磁場依存性、温度依存性、環境変化に対する応答を詳細に検証し、本現象が渦糸の空間不均一性に起因することを突き止めた (Nature Communications誌に掲載)。
(4)バーネット磁場を用いた角運動量の精密測定法を開発：これまで測定が困難だった磁石内部の角運動量を、磁石の剛体回転との相互作用を利用して測定する手法および装置を開発し、実際にフェリ磁性体の角運動量補償点を正確に測定することに成功した (Applied Physics Letters誌に掲載)。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Spin pumping from nuclear spin waves (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Shiomi, J. Lustikova, S. Watanabe, D. Hirobe, S. Takahashi, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 15 ページ: 22～26
  • DOI: 10.1038/s41567-018-0310-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thickness dependence of transverse thermoelectric voltage in Co40Fe60/YIG magnetic junctions (2019)
  • 著者名/発表者名: P. Wongjom, R. Ramos, S. Pinitsoontorn, K.Uchida, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 471 ページ: 439～443
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2018.10.003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Machine-learning guided discovery of a new thermoelectric material (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Iwasaki, V. Stanev, AG. Kusne, M. Ishida, A. Kirihara, K. Ihara, R. Sawada, K. Terashima, H. Someya, K. Uchida, E. Saitoh, and S. Yorozu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 2751～2751
  • DOI: 10.1038/s41598-019-39278-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The bimodal distribution spin Seebeck effect enhancement in epitaxial Ni0.65Zn0.35Al0.8Fe1.2O4 thin film (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Wang, D. Hou, T. Kikkawa, R. Ramos, K. Shen, ZY. Qiu, Y. Chen, M. Umeda, Y. Shiomi, XF. Jin, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 112 ページ: 142406～142406
  • DOI: 10.1063/1.5022195
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spin colossal magnetoresistance in an antiferromagnetic insulator (2018)
  • 著者名/発表者名: ZY. Qiu, D. Hou, J. Barker, K. Yamamoto, O. Gomonay, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 17 ページ: 577～580
  • DOI: 10.1038/s41563-018-0087-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Lock-in thermography measurements of the spin Peltier effect in a compensated ferrimagnet and its comparison to the spin Seebeck effect (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Yagmur, R. Iguchi, S. Geprags, A. Erb, S. Daimon, E. Saitoh, R. Gross, and K. Uchida
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 51 ページ: 194002～194002
  • DOI: 10.1088/1361-6463/aabc75
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of anisotropic magneto-Peltier effect in nickel (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, S. Daimon, R. Iguchi, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Nature 巻: 558 ページ: 95～99
  • DOI: 10.1038/s41586-018-0143-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frequency and wavenumber selective excitation of spin waves through coherent energy transfer from elastic waves (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Hashimoto, D. Bossini, TH. Johansen, E. Saitoh, A. Kirilyuk, and T. Rasing
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 ページ: 140404～140404
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.140404
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced thermo-spin effects in iron-oxide/metal multilayers (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Ramos, I. Lucas, PA. Algarabel, L. Morellon, K. Uchida, E. Saitoh, and MR. Ibarra
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 51 ページ: 224003～224003
  • DOI: 10.1088/1361-6463/aabedb
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thermographic measurements of spin-current-induced temperature modulation in metallic bilayers (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Iguchi, A. Yagmur, Y.-C. Lau, S. Daimon, E. Saitoh, M. Hayashi, and K. Uchida
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 ページ: 014402～014402
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.98.014402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-current coherence peak in superconductor/magnet junctions (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Umeda, Y. Shiomi, T. Kikkawa, T. Niizeki, J. Lustikova, S. Takahashi, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 112 ページ: 232601～232601
  • DOI: 10.1063/1.5027456
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin transport in multilayer systems with fully epitaxial NiO thin films (2018)
  • 著者名/発表者名: L. Baldrati, C. Schneider, T. Niizeki, R. Ramos, J. Cramer, A. Ross, E. Saitoh, and M. Klaui
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 ページ: 014409～014409
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.98.014409
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of gyromagnetic reversal (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Imai, Y. Ogata, H. Chudo, M. Ono, K. Harii, M. Matsuo, Y. Ohnuma, S. Maekawa, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 113 ページ: 052402～052402
  • DOI: 10.1063/1.5041464
  • 査読あり
• [雑誌論文] Full angular dependence of the spin Hall and ordinary magnetoresistance in epitaxial antiferromagnetic NiO(001)/Pt thin films (2018)
  • 著者名/発表者名: L. Baldrati, A. Ross, T. Niizeki, C. Schneider, R. Ramos, J. Cramer, O. Gomonay, M. Filianina, T. Savchenko, D. Heinze, A. Kleibert, E. Saitoh, J. Sinova, and M. Klaui
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 ページ: 024422～024422
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.98.024422
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient Edelstein effects in one-atom-layer Tl-Pb compound (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Shiomi, K. T. Yamamoto, R. Nakanishi, T. Nakamura, S. Ichinokura, R. Akiyama, S. Hasegawa, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 113 ページ: 052401～052401
  • DOI: 10.1063/1.5040546
  • 査読あり
• [雑誌論文] 180 degrees-phase shift of magnetoelastic waves observed by phase-resolved spin-wave tomography (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Hashimoto, TH. Johansen, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 112 ページ: 232403～232403
  • DOI: 10.1063/1.5030342
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Direct probing of cross-plane thermal properties of ALD Al2O3/ZnO superlattice films with improved figure of merit and their cross-plane thermoelectric generating performance (2018)
  • 著者名/発表者名: NW. Park, WY. Lee, YS. Yoon, JY. Ahn, JH. Lee, GS. Kim, TG. Kim, CJ. Choi, JS. Park, E. Saitoh, and SK. Lee
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 10 ページ: 44472～44482
  • DOI: 10.1021/acsami.8b15997
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fabrication of yttrium-iron-garnet/Pt multilayers for the longitudinal spin Seebeck effect (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Nozue, T. Kikkawa, T. Watamura, T. Niizeki, R. Ramos, E. Saitoh, and H. Murakami
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 113 ページ: 262402～262402
  • DOI: 10.1063/1.5046977
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vortex rectenna powered by environmental fluctuations (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Lustikova, Y. Shiomi, N. Yokoi, N. Kabeya, N. Kimura, K. Ienaga, S. Kaneko, S. Okuma, S. Takahashi, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 4922～4922
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07352-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Spin Current in Uniaxial Antiferromagnets and Quantum Spin Liquids (2019)
  • 著者名/発表者名: 齊藤英治
  • 学会等名: 2019 Joint MMM-Intermag Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin current in quantum spin liquids and superconductions (2019)
  • 著者名/発表者名: 齊藤英治
  • 学会等名: Topological Phases and Functionality of Correlated Electron Systems 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] YIG Spintronics (2018)
  • 著者名/発表者名: 齊藤英治
  • 学会等名: Spin Cavitronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Phonon and nuclear spin in spin current physics (2018)
  • 著者名/発表者名: 齊藤英治
  • 学会等名: 2018 Spin Caloritronics IX
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 固体の素励起とスピン流 (2018)
  • 著者名/発表者名: 齊藤英治
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会 新学術領域研究（研究領域提案型）「ナノスピン変換科学」共催シンポジウム ナノスピン変換から強結合スピントロニクスへ
  • 招待講演
• [学会発表] スピン流の科学（プレナリー講演） (2018)
  • 著者名/発表者名: 齊藤英治
  • 学会等名: 第47回結晶成長国内会議
  • 招待講演
• [学会発表] Various spin current phenomena in condensed matter (2018)
  • 著者名/発表者名: 齊藤英治
  • 学会等名: The Workshop on Innovative Nanoscale Devices and Systems 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 齊藤研究室
  • URL: http://saitoh.t.u-tokyo.ac.jp