| 研究課題/領域番号 |
16K13842
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
関 真一郎 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, ユニットリーダー (70598599)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | スピントロニクス |
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| 研究実績の概要 |
今年度は、反強磁性体中で熱的なプロセスを介して生じるスピン流を、実験的に検出することを目指した。具体的には、ヘキサフェライトをはじめとする反強磁性に対して、白金との接合系を作成して温度勾配を与え、熱的に励起されると期待される反強磁性スピン波スピン流を、白金中の逆スピンホール効果を介して電流として検出することを試みた（スピンゼーベック効果）。ヘキサフェライトは磁気的なフラストレーションに起因して多段階のメタ磁性相転移を示すことが知られており、らせん磁性相やファン磁気相といった複雑な磁気構造が現れる。こうした一連の過程において、どの磁気相においても磁化に比例した大きさのスピン波スピン流が熱的に生成されていることが判った。このことは、当初の期待通り、反強磁性スピン波がスピン流の担い手となれることを実証する結果となっている。
また、らせん磁性相では右巻・左巻のらせん磁気ドメインが発現することが知られており、そのドメインの比率は外部電場によって制御することが可能であることが知られている。実際に、らせん磁気ドメインを電場で揃えた場合・揃えなかった場合のそれぞれで前述のスピンゼーベック効果の測定を行った結果、どちらの場合も生成されるスピン流の大きさに差がないことがわかった。この結果は、反強磁性ドメイン壁の存在によってスピン流の伝搬が妨げられないことを示しており、従来の強磁性ドメイン壁の場合とは大きく異なる特徴を示していると言える。
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| 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
ヘキサフェライトをはじめとする反強磁性に対して、白金との接合系を作成して温度勾配を与え、熱的に励起されると期待される反強磁性スピン波スピン流を、白金中の逆スピンホール効果を介して電流として検出する実験を試みた（スピンゼーベック効果）。ヘキサフェライトは磁気的なフラストレーションに起因して多段階のメタ磁性相転移を示すことが知られており、らせん磁性相やファン磁気相といった複雑な磁気構造が現れるものの、こうした一連の過程において、どの磁気相においても磁化に比例した大きさのスピン波スピン流が熱的に生成されていることが判った。上記の結果は、当初の期待通り、反強磁性スピン波がスピン流の担い手となれることを示しており、順調に研究が推移していると言える。
また、らせん磁性相では右巻・左巻のらせん磁気ドメインが発現することが知られており、そのドメインの比率は外部電場によって制御することが可能であることが知られている。実際に、らせん磁気ドメインを電場で揃えた場合・揃えなかった場合のそれぞれで前述のスピンゼーベック効果の測定を行った結果、どちらの場合も生成されるスピン流の大きさに差がないことがわかった。この結果は、反強磁性ドメイン壁の存在によってスピン流の伝搬が妨げられないことを示しており、従来の強磁性ドメイン壁の場合とは大きく異なる特徴を示していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
熱的なプロセスは一般に全ての波数・エネルギーのスピン波を励起してしまうため、より詳細にスピン波とスピン流の関係を明らかにするためには、磁気共鳴などを介してモード選択的なスピン波の励起を行うことが望ましい。RbMnF3に代表される、通常のマイクロ波分光測定系で励起可能なエネルギー帯に磁気共鳴を伴った反強磁性体を新たに測定対象に広げることで、モード選択的なスピン波スピン流の励起・検出（スピンポンピング実験）を試みたい。特に、反強磁性スピン波には逆符号のスピン流を運ぶ２つの固有モードが存在することが知られている。この場合、モードの選択的励起によって生成されるスピン流の符号を自由に制御できるはずであり、こうした反強磁性体特有の新しい物質機能の開拓を目指したい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
順調に推移した熱的な測定の遂行を初年度は優先したために、次年度の実験のために使用予定だったマイクロ波帯域の信号源の導入が、当初予定より遅れたため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
磁気共鳴の強励起を可能とするため、マイクロ波帯域の高出力な信号源の導入を予定している。
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