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2016 年度 実施状況報告書

スピン起電力による磁気エネルギー利用法の理論研究

研究課題

研究課題/領域番号 16K05424
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

家田 淳一  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 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (20463797)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードスピン起電力 / スピントルク / 反強磁性体 / 磁壁 / 反強磁性共鳴 / ドップラー効果 / スピン流 / 国際共同研究
研究実績の概要

本研究は、磁性体の磁化ダイナミクスが電力を生み出す機構である「スピン起電力」の基礎学理を追求し、その出力増大の指針を理論的に見いだすことを目的としている。本年度は以下の課題を実施した。
・強磁性体において研究されてきたスピン起電力を反強磁性体の場合に理論拡張した。反強磁性体における副格子磁化の運動と副格子間の伝導電子の飛び移りを系統的に取り扱う摂動展開手法を開発し、先行研究ではその存在が否定されていた反強磁性体の磁化運動からの電力生成が可能であることを理論的に予言し、磁壁運動と反強磁性磁気共鳴に対する起電力の公式を得た。マインツ大との国際共同研究(Electric voltage generation by antiferromagnetic dynamics, Y. Yamane, J. Ieda, and J. Sinova, Phys. Rev. B Rapid Communications)。
・上記の研究で開発した理論手法に基づき、反強磁性磁気テクスチャーに対する電流の影響を調べ、反強磁性体におけるスピントルクの一般形を導出した。これまでに行われた研究では議論できなかった物質パラメータへの依存性を明らかにし、スピントルクの効率を評価する式を導出した。また、反強磁性スピン波の電流によるドップラー効果の存在を理論的に予言した。マインツ大との国際共同研究(Spin-transfer torques in antiferromagnetic textures: efficiency and quantification method, Y. Yamane, J. Ieda, and J. Sinova, Phys. Rev. B)。
・Oxford Univ. Pressから出版されている教科書の版改訂に際し、スピン起電力の章を新たに書き起こした。今世紀に発見されたスピン起電力に関するこれまでの研究成果を網羅した入門的解説を提供している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究目的に掲げたスピン起電力の出力増大に向けて、反強磁性体を用いる新しい切り口を提出した。スピントロニクスの可能性を反強磁性体に広げる取り組みは、スピンを介したエネルギー変換の効率を高めるためにもさらに発展させる余地がある。

今後の研究の推進方策

反強磁性体に対するモデル計算で示したスピン起電力とスピントルクの理論予言を、数値計算に組み込み解析を進める。また、ラシュバスピン軌道相互作用の効果を取り入れた理論構築を行い、強磁性体の時に見いだした垂直磁気異方性の発現機構が反強磁性体においてどのように振る舞うかを調べる予定である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] マインツ大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      マインツ大学
  • [雑誌論文] Electric voltage generation by antiferromagnetic dynamics2016

    • 著者名/発表者名
      Yuta Yamane, Jun'ichi Ieda, Jairo Sinova
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 93 ページ: 180408R(1-5)

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.93.180408

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin-transfer torques in antiferromagnetic textures: efficiency and quantification method2016

    • 著者名/発表者名
      Yuta Yamane, Jun'ichi Ieda, Jairo Sinova
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 94 ページ: 054409(1-8)

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.94.054409

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Spinmotive forces in (anti-)ferromagnetic textures2017

    • 著者名/発表者名
      Jun'ichi Ieda
    • 学会等名
      The CEMS-QPEC Symposium on ``Emergent Quantum Materials"
    • 発表場所
      The University of Tokyo(東京都文京区)
    • 年月日
      2017-01-18 – 2017-01-20
    • 国際学会
  • [学会発表] 反強磁性ダイナミクスによるスピン起電力2016

    • 著者名/発表者名
      家田淳一
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] Spin transport in metallic antiferromagnetic textures: interplay of inter-sublattice mixing and s-d exchange interaction2016

    • 著者名/発表者名
      Jun'ichi Ieda
    • 学会等名
      PASPS9(9th International Conference on Physics and Applications of Spin Related Phenomena in Solids)
    • 発表場所
      Kobe International Conference Center(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-07-08 – 2016-07-11
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin-transfer torque and spinmotive force in antiferromagnets2016

    • 著者名/発表者名
      家田淳一
    • 学会等名
      J-Physics平成28年度領域全体会議
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-05-26 – 2016-05-28
  • [図書] Ch. 7: Spinmotive force in ``Spin Current"2017

    • 著者名/発表者名
      Jun'ichi Ieda and Sadamichi Maekawa
    • 総ページ数
      22
    • 出版者
      Oxford University Press
  • [備考] 個人HP

    • URL

      http://asrc.jaea.go.jp/soshiki/gr/spinenergy/ieda/index.html

  • [備考] 平成28年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞受賞

    • URL

      https://www.jaea.go.jp/news/newsbox/2016/042501/

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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