| 研究課題/領域番号 |
20K15163
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| 研究機関 | 福島工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
千葉 貴裕 福島工業高等専門学校, 一般教科, 講師 (90803297)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | スピントロニクス / スピンポンピング / トポロジカル物質 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、三次元トポロジカル物質におけるスピン輸送現象及び表面状態に関して研究を行った。三次元トポロジカル絶縁体(3DTI)は強いスピン軌道相互作用と時間反転対称性に起因して表面にギャップレスな金属状態をもつ物質である。その表面状態は波数空間においてヘリカルなスピン構造（スピン運動量ロッキング）を有している。したがって、TI 表面にスピンが注入されるとスピン運動量ロッキングによりスピンが電流に変換され（逆Rashba-Edelstein効果）る。磁性体との接合においては、スピンポンピングとして磁化緩和に影響を及ぼすことが知られている。しかしながら、これまでの研究では、3DTI/磁性体の接合系においてスピンポンピングの電圧制御に関する研究は皆無であった。そこで本研究では、同系においてスピンポンピングに対する電界効果を理論的に解明することを目指した。
電子の低エネルギーにおける運動を記述する有効ハミルトニアンに基づき、まず3DTI/磁性体の界面におけるスピンポンピングのフェルミエネルギー依存性をモデル化した。その結果、面内磁化に関するスピンポンピングが電圧により大きく変調できることを明らかにした。この知見に基づいて、3DTI/磁性体の接合系におけるスピン波の伝搬を概算したところ、低温においてはその伝搬をon/offできることがわかった。これにより3DTI/磁性体の界面を活用した電圧制御スピン演算素子への応用が期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当該年度内に第一原理バンド計算により磁気近接界面の電子状態を調査する予定であったが実現できなかった点に関して計画が少し遅れているという認識を持っている。一方で、非磁性界面の磁気輸送現象及びバンド計算については、実験と共同で論文を出版できたことから一定の成果は得られた。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度に引き続き、三次元トポロジカル絶縁体およびトポロジカル半金属といった三次元トポロジカル物質における磁気輸送現象を扱う。とりわけ波数空間でのスピン構造を有する表面・界面状態に注目し、第一原理バンド計算を併用することで電荷スピン輸送における非相反な性質を明らかにすることを目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じた主な理由としては、新型コロナウイルス感染拡大の影響によって出張の機会がほとんどなくなり、旅費の支出が予定よりも少なくなったことによる。また高性能ラック型計算機を調達するにあたり、他研究費との合算使用等の制度の利用により物品費の支出も予定よりも少なくなっている。次年度使用額の用途については、2022年度に高性能ラック型計算機を追加で調達し、計算機資源のより一層の強化を図る予定である。
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