ナノ変調構造磁性体における超スピン伝導とスピン量子物性

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18684021
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 齊藤 英治 慶應義塾大学, 理工学部, 講師 (80338251)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: スピントロニクス / スピン流 / ナノ磁性体

研究概要

スピン流生成のモデルとして最もシンプルな金属二層膜及び微細加工したワイア・膜接合を利用し、スピンダイナミクスや磁化不均一構造からのスピン流生成を系統的に調べた。本研究の主要成果は、以下に集約される。(1)スピントルクとスピンホール効果の併用によりスピン緩和が電気的に変調され、これはスピン流の定量や磁化緩和制御に利用できる。(2)スピンダイナミクスからのスピンポンプの強度を決める条件を見出し、最適なスピンポンプ条件を定式化した。(3)NiFe/Ptにおいて、磁化ダイナミクスとスピン流、電流の相互作用を定量的に体系化した。(4)超スピン流(スピン波スピン流)のスピンホール効果を用いた電気的検出に成功した。(5)NiFeに温度勾配を与えることによってスピン圧が生じる現象「スピンゼーベック効果」を発見した(Natureに論文掲載)。以上により、本研究の目的が全て達成された。

研究成果

• [雑誌論文] Measurement of spin current using spin relaxation modulation induced by spin injection (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Ando, H. Nakayama, Y. Kajiwara, D. Kikuchi, K. Sasage, K. Uchida, K. Ikeda, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 105 ページ: 07C913_1- 07C913_3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic force microscopic study on domain-wall molecules in NiFe nano rings (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Sasage, N. Okamoto1, H. Tsujikawa, T Yamaoka, E. Saitoh
  • 雑誌名: Solid State Phenomena 152-153 ページ: 529-532
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phenomenological analysis for spin-Seebeck effect in metallic magnets (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, S. Takahashi, K. Harii, J. Ieda, W. Koshibae, K. Ando, S. Maekawa, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 105 ページ: 07C908_1-07C908_3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of the spin-Seebeck effect (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, S. Takahashi, K. Harii, J. Ieda, W. Koshibae, K. Ando, S. Maekawa, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Nature 455 ページ: 778-781
  • 査読あり
• [雑誌論文] Angular dependence of inverse spin-Hall effect induced by spin pumping investigated in a Ni81Fe19/Pt thin film (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ando, Y. Kajiwara, S. Takahashi, S. Maekawa, K. Takemoto, M. Takatsu, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Physical ReviewB 78 ページ: 014413_1-014413_6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric manipulation of spin relaxation using spin-Hall effect (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ando, S. Takahashi, K. Harii, K. Sasage, J. Ieda, S. Maekawa, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Physical Review Letters 101 ページ: 101 036601_1-036601_4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverse spin-Hall effect and spin pumping in metallic films (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Harii, K. Ando, H.Y. Inoue, E,.Sasage, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 103 ページ: 07F311_1-07F311_4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetic resonance spectra in patterned and unpatterned NiFe/Pt films (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Ando, K. Sasage, K. Harii, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Physica Status Solidi B 244 ページ: 4522-4525
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of pure inverse spin-Hall effect induced by spin pumping at various excitation (2007)
  • 著者名/発表者名: H.Y. Inoue, K. Harii, K. Ando, K. Sasage, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 102 ページ: 083915_1-083915_4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of inverse spin-Hall effect in Palladium (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Harii, K. Ando, K. Sasage, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Physica Status Solidi C 4 ページ: 4437-4440
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field-angle dependence of magnetic resonance in FeNi/Pt films (2007)
  • 著者名/発表者名: H.Y. Inoue, K. Harii, and E. Saitoh,
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 ページ: e699-e701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic resonance coupled with electric and spin currents in NiFe nanostructures (2006)
  • 著者名/発表者名: E. Saitoh
  • 雑誌名: IEEE Nanotechnology 2 ページ: 20-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conversion of spin current into charge current at room temperature : inverse spin-Hall effect (2006)
  • 著者名/発表者名: E. Saitoh, M Ueda, M. Morota, H. Miyajima, and G. Tatara
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 88 ページ: 182509/1-182509/3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimum condition for spin-current generation from magnetization dynamics in thin film systems
  • 著者名/発表者名: K. Ando, T. Yoshino, and E. Saitoh,
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 88(in press).
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin pumping and spin-Hall effect observed in metallic films
  • 著者名/発表者名: Y. Kajiwara, K. Ando, K. Sasage, and E Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Physics (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Seebeck Effect in Ni81Fe19/Pt Thin Films with different widths
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, T. Ota, K. Harii, K. Ando, K. Sasage, H. Nakayama, K. Ikeda, and E. Saitoh
  • 雑誌名: IEEE transactions on magnetics (in press)
  • 査読あり
• [学会発表] スピン流・スピン圧検出手法の進展(シンポジウム講演) (2009)
  • 著者名/発表者名: 齊藤英治
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] 学技術未来戦略ワークショップ「次世代を拓くナノエレクトロニクス〜2030 年の先を求めて〜」 (2009)
  • 著者名/発表者名: 齊藤英治
  • 学会等名: 独立行政法人科学技術振興機構
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-03-09
• [学会発表] Spin Hall Effect and spin Seebeck effect in metallic film (2009)
  • 著者名/発表者名: E. Saitoh
  • 学会等名: Workshop on spin caloritronics
  • 発表場所: Leiden , Netherlands
  • 年月日: 2009-01-09
• [学会発表] Spin Pumping in a Nanostructured NiFe film (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Sasage, K. Harii, K. Ando, and E. Saitoh
  • 学会等名: Joint European Magnetic Symposia
  • 発表場所: Dublin, Ireland
  • 年月日: 20080914-19
• [学会発表] Thermo-spin effects in ferromagnetic/paramagnetic metallic films (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, K. Harii, T. Ota, K. Ando, K. Sasage, and E. saitoh
  • 学会等名: Asian Magnetics Conference 2008
  • 発表場所: Busan, Korea.
  • 年月日: 2008-12-11
• [学会発表] スピン流応用物理学会スピントロニクス入門セミナー (2008)
  • 著者名/発表者名: 齊藤英治
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2008-12-03
• [学会発表] Thermo-spin effects in ferromagnetic/paramagnetic metallic films (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, T. Ota, K. Harii, and E. Saitoh
  • 学会等名: 53rd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Austin, Texas, USA.
  • 年月日: 2008-11-13
• [学会発表] Spin Hall Effect and Inverse Spin Hall effect Coupled with Magnetization Dynamics (2008)
  • 著者名/発表者名: E. Saitoh
  • 学会等名: Wilhelm and Else Heraeus-Stiftung seminar on Spin-Hall effects
  • 発表場所: Bad Honnef, Germany
  • 年月日: 2008-10-21
• [学会発表] 強磁性/常磁性金属接合におけるスピン流熱効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 内田健一、針井一哉、太田岳、高橋三郎、家田淳一、小椎八重航、前川禎通、齊藤英治
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2008-09-22
• [学会発表] NiFe/Pt複合構造におけるスピン流熱効果の観測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 内田健一、針井一哉、太田岳、高橋三郎、家田淳一、小椎八重航、前川禎通、齊藤英治
  • 学会等名: 日本磁気学会第32回学術講演会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2008-09-15
• [学会発表] 強磁性/常磁性金属接合における熱スピントロニクス現象 (2008)
  • 著者名/発表者名: 内田健一、針井一哉、太田岳、高橋三郎、家田淳一、小椎八重航、前川禎通、齊藤英治
  • 学会等名: 2008年秋季第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2008-09-05
• [学会発表] Spin Hall Effects Coupled with Magnetization Dynamics (2008)
  • 著者名/発表者名: E. Saitoh
  • 学会等名: The 9th international symposium on foundations of quantum mechanics in the light of new technology
  • 発表場所: Saitama, Japan.
  • 年月日: 2008-08-14
• [学会発表] Interaction between magnetization dynamics and spin current in bilayer systems (2008)
  • 著者名/発表者名: E.Saitoh
  • 学会等名: The 2nd International conference on spintronics material and technology
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2008-07-14
• [学会発表] スピンホール効果とその逆効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 齊藤英治
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2008-03-27
• [学会発表] 強磁性NiFeにおける熱スピン流効果の観測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 内田健一、針井一哉、安藤和也、梶原瑛祐、齊藤英治
  • 学会等名: 日本物理学会2008年春第63回年次大会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2008-03-23
• [学会発表] Magnetization dynamics coupled with spin currents in a metallic film (2008)
  • 著者名/発表者名: E. Saitoh
  • 学会等名: ATI International Workshop on Spin Current
  • 発表場所: Sendai,Japan.
  • 年月日: 2008-01-18
• [学会発表] Inverse spin-Hall effect and spin pumping (2007)
  • 著者名/発表者名: E. Saitoh
  • 学会等名: Magnetism and Magnetic Materials Conference2007
  • 発表場所: Tampa, Florida, USA
  • 年月日: 2007-11-07
• [学会発表] NiFe/Pt接合におけるスピン流-磁気ダイナミクス相互作用 (2007)
  • 著者名/発表者名: 安藤和也、捧耕平、針井一哉、梶原瑛祐、齊藤英治
  • 学会等名: 日本物理学会2007年秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-09-14
• [学会発表] 強磁性-強磁性接合における磁気ダイナミクス-電圧変換 (2007)
  • 著者名/発表者名: 捧耕平、岡本尚也、安藤和也、針井一哉、齊藤英治
  • 学会等名: 応用磁気学会第31回学術講演会
  • 発表場所: 学習院大学
  • 年月日: 2007-09-14
• [学会発表] 電流誘起磁化反転の新展開 (2007)
  • 著者名/発表者名: 齊藤英治
  • 学会等名: 応用物理学会年会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-04
• [学会発表] Detection of inverse spin-Hall effect in Palladium (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Harii, K. Ando, K. Sasage, and E. Saitoh
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications
  • 発表場所: Jeju, Korea.
  • 年月日: 2007-06-01
• [学会発表] Spin pumping and magnetization dynamics in nanostructured NiFe film (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Ando, K. Sasage, K. Harii, and E. Saitoh
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications
  • 発表場所: Jeju, Korea.
  • 年月日: 2007-05-31
• [学会発表] 強磁性NiFe複合ナノ構造における磁気ダイナミクス-電流変換 (2007)
  • 著者名/発表者名: 捧耕平、針井一哉、安藤和也、井上博之、齊藤英治
  • 学会等名: 日本物理学会2007年春季大会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2007-03-18
• [学会発表] 強磁性/非磁性性金属接合における電流-磁気ダイナミクス (2007)
  • 著者名/発表者名: 安藤和也、捧耕平、針井一哉、井上博之、齊藤英治
  • 学会等名: 日本物理学会2007年春季大会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2007-03-18
• [学会発表] 強磁性NiFe複合ナノ構造における形状依存磁気ダイナミクス (2007)
  • 著者名/発表者名: 針井一哉、安藤和也、捧耕平、井上博之、齊藤英治
  • 学会等名: 日本物理学会2007年春季大会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2007-03-18
• [学会発表] Inverse Spin-Hall effect in NiFe/Pt films (2007)
  • 著者名/発表者名: E. Saitoh
  • 学会等名: ATI International Workshop on Spin Current
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2007-02-09
• [学会発表] Spinmotiveforce and electromotiveforce coupled with magnetic dynamics (2006)
  • 著者名/発表者名: E.Saitoh
  • 学会等名: 3rd Asia forum on Magnetics
  • 発表場所: Shimane,Japan
  • 年月日: 2006-09-13
• [学会発表] Interaction between domain-wall dynamics and electric current (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Harii, E. Saitoh, and T. Yamaoka
  • 学会等名: International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2006-08-21
• [学会発表] Magnetic resonance coupled with electric and spin currents in NiFe nanostructures (2006)
  • 著者名/発表者名: E.Saitoh
  • 学会等名: IEEE2006Nano
  • 発表場所: Cincinnati, Ohio, USA
  • 年月日: 2006-07-20
• [産業財産権] 磁気センサ及び磁気記憶装置 (2009)
  • 発明者名: 中山裕康、針井一哉、齊藤英治
  • 権利者名: 中山裕康、針井一哉、齊藤英治
  • 産業財産権番号: 特願2009-073088
  • 出願年月日: 2009-03-25
• [産業財産権] 熱電変換素子 (2008)
  • 発明者名: 内田健一、梶原瑛祐、中山裕康、齊藤英治
  • 権利者名: 内田健一、梶原瑛祐、中山裕康、齊藤英治
  • 産業財産権番号: 特願2008-153781
  • 出願年月日: 2008-06-12
• [産業財産権] スピントロニクスデバイス及び情報伝達方法 (2008)
  • 発明者名: 梶原瑛祐、内田健一、安藤和也、齊藤英治
  • 権利者名: 梶原瑛祐、内田健一、安藤和也、齊藤英治
  • 産業財産権番号: 特願2008-148556
  • 出願年月日: 2008-06-05
• [産業財産権] スピン流熱変換素子 (2007)
  • 発明者名: 内田健一、針井一哉、梶原瑛祐、齊藤英治
  • 権利者名: 内田健一、針井一哉、梶原瑛祐、齊藤英治
  • 産業財産権番号: 特願2007-068371
  • 出願年月日: 2007-03-16
• [産業財産権] 磁気抵抗型ランダムアクセスメモリ (2007)
  • 発明者名: 安藤和也、針井一哉、捧耕平、齊藤英治
  • 権利者名: 安藤和也、針井一哉、捧耕平、齊藤英治
  • 産業財産権番号: 特願2007-283363
  • 出願年月日: 2007-10-31
• [産業財産権] スピン緩和変調方法、スピン流検出方法、及び、スピン緩和を利用したスピントロニクスデバイス (2007)
  • 発明者名: 安藤和也、針井一哉、捧耕平、齊藤英治
  • 権利者名: 安藤和也、針井一哉、捧耕平、齊藤英治
  • 産業財産権番号: 特願2007-068371
  • 出願年月日: 2007-10-31
• [産業財産権] バッテリー、バッテリーシステムおよびマイクロ波発振装置 (2006)
  • 発明者名: 大谷義近、柴田絢也、多々良源、齊藤英治
  • 権利者名: 大谷義近、柴田絢也、多々良源、齊藤英治
  • 産業財産権番号: 特願2006-251737
  • 出願年月日: 2006-09-15