力学回転とスピンの相互変換

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H01865
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 前川 禎通 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, 客員主管研究員 (60005973)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 表面弾性波 / スピントロニクス / 渦運動 / スピン波共鳴 / スピンメカトロニクス

研究実績の概要

角運動量保存則を用いて、力学回転の角運動量と物質中の様々な角運動量（スピン）との相互変換機構を明らかにし、「スピンメカトロニクス」分野を構築することを目的とした。
１９１５年にアインシュタイン達は磁性と回転運動の等価性を明らかにした。これは力学回転と電子の持つ角運動量（スピン）が角運動量保存則で繋がっていることを証明するものである。物質の持つ角運動量は、電子スピンに加えて、原子核スピン、流れに現れる渦（局所回転）等、多彩である。そして、これらの間には、角運動量保存則を介して相互変換が可能である。
本研究では、表面弾性波の渦運動と磁性体中のミクロな角運動量（スピン）との相互作用に注目した。表面弾性波とスピンとの相互作用を利用して様々な磁性体のマグノンを検出できる。我々はこの手法を用いて、層状反強磁性体、CrCl３,のマグノン及びNiを用いた蜂の巣ナノ構造磁性体のマグノンを初めて捉えることに成功した。
更に表面弾性波のcavityを導入することにより、マグノンと格子振動の相互作用を増強できることも明らかにした。これらの研究は表面弾性波を用いた磁性体の研究の幅を大幅に広げる事になると期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4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] Strongly Coupled Spin Waves and Surface Acoustic Waves at Room Temperature (2024)
  • 著者名/発表者名: Yunyoung Hwang, Jorge Puebla, Kouta Kondou, Carlos Gonzalez-Ballestero, Hironari Isshiki, Carlos S, Liyang Liao, Fa Chen, Wei Luo, Sadamichi Maekawa, Yoshichika Otani
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 132 ページ: 056704
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.056704
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spin and spin current;From fundamentals to recent progress (2023)
  • 著者名/発表者名: Sadamichi Maekawa , Takashi Kikkawa , Hiroyuki Chudo , Jun’ichi Ieda , Eiji Saitoh
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 133 ページ: 020902-020902
  • DOI: 10.1063/5.0133335
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acoustically Driven Magnon-Phonon Coupling in a Layere Antiferromagnet (2023)
  • 著者名/発表者名: Thomas P. Lyons, Jorge Puebla, Kei Yamamoto, Russell, S. Deacon, Yunyoung Hwang, Koji Ishibashi, Sadamichi Maekawa, Yoshichika Otani
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 131 ページ: 196701-196701.6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.196701
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Valley-Selective Phonon-Magnon Scattering in Magnetoelastic Superlattices (2023)
  • 著者名/発表者名: Liyang Liao, Jorge Puebla, Kei Yamamoto, Junyeon Kim, Sadamichi Maekawa, Yunyoung Hwang, You Ba, Yoshichika Otani
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 131 ページ: 176701
  • DOI: 10.1103/physrevlett.131.176701
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hybridized Propagation of Spin Waves and Surface Acoustic Waves in a Multiferroic-Ferromagnetic Heterostructure (2023)
  • 著者名/発表者名: Jilei Chen, Kei Yamamoto, Jianyu Zhang, Ji Ma, Hanchen Wang, Yuanwei Sun, Mingfeng Chen, Jing Ma, Song Liu, Peng Gao, Dapeng Yu, Jean-Philippe Ansermet, Ce-Wen Nan, Sadamichi Maekawa, and Haiming Yu
  • 雑誌名: Phys. Rev. Applied 巻: 19 ページ: 024046
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.19.024046
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced spin-orbit coupling and orbital moment in ferromagnets by electron correlations (2023)
  • 著者名/発表者名: Ze Liu, Jing-Yang You, Bo Gu, Sadamichi Maekawa, and Gang Su
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 107 ページ: 104407
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.104407
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Hydrodynamic Spintronics and Current Vortex (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: 5th International Workshop on SpintronicsMemory and Logic (SML)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Giant Faraday Rotation in Magnetic Nanogranular Films (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Asia-Pacific Workshop on Strongly Correlated Systems (APW2023
• [学会発表] Hydrodynamic Spintronics and Current Vortex (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: 11th International Symposium on Metallic Multilayers (MML2023
• [学会発表] Energy Harvesting by Spin Current (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: SPIE Optics+Photonics
• [学会発表] Nonreciprocity of Surface Acoustic Waves in Magnetic Thin Films (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Spin Caloritronics XII