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2012 年度 研究成果報告書

スピン流輸送現象の微視的理論

研究課題

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研究課題/領域番号 22340104
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物性Ⅱ
研究機関独立行政法人理化学研究所 (2012)
首都大学東京 (2010-2011)

研究代表者

多々良 源  独立行政法人理化学研究所, 創発スピン物性理論研究チーム, チームリーダー (10271529)

研究分担者 河野 浩  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (10234709)
柴田 絢也  東洋大学, 理工学部, 准教授 (20391972)
研究期間 (年度) 2010 – 2012
キーワードスピントロニクス / スピン流
研究概要

スピン伝導現象と制御(スピントロニクス)は基礎科学と応用の両面で緊急かつ重要な課題である。本研究ではスピントロニクス現象において本質的な役割を担っているスピンに作用する有効電場及び有効磁場に関する理論的解析をおこなった。その結果、それらの場は電荷に作用する通常の電磁気現象と同様の数学的構造をもち、これによりエレクトロニクスと同等な信頼性をもつデバイス設計が可能であることが明らかになった。また、スピンの運ぶ情報を電荷情報に変換するためにはスピン軌道相互作用が重要な役割をしていることもわかった。この変換をスピンの電磁気学の観点でみると、磁化の運動からモノポールが誘起されアンペール則により起電力が発生するという新たな現象であることがわかった。このことはスピントロニクスをエレクトロニクスに融合させる上での新たな可能性を示唆している。

  • 研究成果

    (58件)

すべて 2013 2012 2011 2010 2008

すべて 雑誌論文 (37件) (うち査読あり 37件) 学会発表 (18件) 図書 (1件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Proposal for an active electromagnetic metamaterial based on spin-torque oscillators2013

    • 著者名/発表者名
      G. Tatara, Hiroaki T. Ueda, Katsuhisa Taguchi, Yuta Sasaki, Miyuki Nishijima and Akihito Takeuchi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B, 87

      巻: 155102 ページ: 1-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin torques due to diffusive spin current in magnetic texture2013

    • 著者名/発表者名
      K. Hosono, J. Shibata, H. Kohno and Y. Nozaki
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B, 87

      巻: 094404 ページ: 1-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultraviolet divergence and Ward-Takahashi identity in a two-dimensional Dirac electron system with short-range impurities2013

    • 著者名/発表者名
      Junji Fujimoto, Akio Sakai and Hiroshi Kohno
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 87 No. 8

      巻: 085437 ページ: 1-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin motive force induced by Rashba interaction in the strong sd coupling regime2013

    • 著者名/発表者名
      G. Tatara, N. Nakabayashi and Kyun-Jin Lee
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 87

      巻: 054403 ページ: 1-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Calculation of Nonlocal Spin Transfer Torque2012

    • 著者名/発表者名
      K. Hosono, J. Shibata, H. Kohno and Y. Nozaki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 48 ページ: 4367-4370

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin motive force due to a gyrating magnetic vortex2012

    • 著者名/発表者名
      K. Tanabe, D. Chiba, J. Ohe, S. Kasai, H. Kohno, S. E. Barnes, S.Maekawa, K. Kobayashi and T. Ono. Nature
    • 雑誌名

      Communications 3 Article number

      巻: 845

    • DOI

      doi:10.1038/ncomms1824

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Current-induced magnetic domain wall motion below intrinsic threshold triggered by Walker breakdown2012

    • 著者名/発表者名
      T. Koyama, K. Ueda, K.-J. Kim, Y. Yoshimura, D. Chiba, K. Yamada, J.-P. Jametc, A. Mougin, A. Thiaville, S. Mizukami, S. Fukami, N. Ishiwata, Y. Nakatani, H. Kohno, K. Kobayashi and T. Ono
    • 雑誌名

      Nature Nanotechnology

      巻: 7 ページ: 635-639

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Monopoles in ferromagnetic metals2012

    • 著者名/発表者名
      G. Tatara, A. Takeuchi, N. Nakabayashi, and K. Taguchi
    • 雑誌名

      J. Korean. Phys. Soc

      巻: 61 ページ: 1331-1348

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrafast magnetic vortex core switching driven by topological inverse Faraday effect2012

    • 著者名/発表者名
      Katsuhisa Taguchi, Jun-ichiro Ohe and Gen Tatara
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett. 109

      巻: 127204 ページ: 1-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topological charge pumping effect by the magnetization dynamics on the Surface of Three-Dimensional Topological Insulators2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki T. Ueda, Akihito Takeuchi, Gen Tatara, Takehito Yokoyama
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 85

      巻: 115110 ページ: 1-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Akihito Takeuchi, Gen Tatara2012

    • 著者名/発表者名
      Spin Damping Monopole
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn. 81

      巻: 033705 ページ: 1-4(Editors' Choice)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic Monopole Generated by Spin Damping with Spin-Orbit Coupling2012

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi, A. and Tatara, G
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series, 400

      巻: 042058 ページ: 1-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theory of inverse Faraday effect in Rashba system2012

    • 著者名/発表者名
      Taguchi, K. and Tatara, G
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series, 400

      巻: 042055 ページ: 1-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic monopole in spin pumping systems2012

    • 著者名/発表者名
      Akihito Takeuchi and Gen Tatara
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 111, 07C509 ページ: 1-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 磁化ダイナミクスにより生じる磁気モノポール2012

    • 著者名/発表者名
      竹内祥人、多々良源
    • 雑誌名

      固体物理47

      巻: 47 ページ: 255-265

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin and charge transport induced by gauge fields2011

    • 著者名/発表者名
      J. Shibata and H. Kohno
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B84

      巻: 184408 ページ: 1-12

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theory of inverse Faraday effect in disordered metal in THz regime2011

    • 著者名/発表者名
      Katsuhisa Taguchi, Gen Tatara
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 84

      巻: 174433 ページ: 1-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microscopic theory of diffusive spin current with spin-orbit interaction2011

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Hosono, Akinobu Yamaguchi, Yukio Nozaki, and Gen Tatara
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 83

      巻: 144428 ページ: 1-10

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin and charge transport induced by gauge fields,2011

    • 著者名/発表者名
      J. Shibata and H. Kohno
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B84

      巻: 184408 ページ: 1-12

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Existence of vertical spin stiffness in Landau-Lifshitz-Gilbert equation in ferromagnetic semiconductors2011

    • 著者名/発表者名
      Ka Shen, Gen Tatara and Ming-Wei Wu
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 83

      巻: 085203 ページ: 1-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnon Pumping by a Time-Dependent Transverse Magnetic Field in Ferromagnetic Insulators2011

    • 著者名/発表者名
      Kouki Nakata and Gen Tatara
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Japan 80

      巻: 054602 ページ: 1-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin Currents Induced by Nonuniform Rashba-Type Spin-Orbit Field2011

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Tsutsui, Akihito Takeuchi, Gen Tatara and Shuichi Murakami
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Japan 80

      巻: 084701 ページ: 1-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic vortex wall motion driven by spin waves2011

    • 著者名/発表者名
      Soo-Man Seo, Hyun-Woo Lee, Hiroshi Kohno and Kyung-Jin Lee
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett. 98 No.1

      巻: 012514 ページ: 1-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A brief review of field- and current-driven domain-wall motion2011

    • 著者名/発表者名
      Shibata, J., Tatara, G. and Kohno, H
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics, 44

      巻: 384004 ページ: 1-18

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin current driven by magnetization dynamics in Rashba systems2011

    • 著者名/発表者名
      Akihito Takeuchi and Gen Tatara
    • 雑誌名

      AIP Conf. Proc

      巻: 1399 ページ: 733-734

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Current-driven domain wall motion across a wide temperature range in a (Ga,Mn)(As,P) device2010

    • 著者名/発表者名
      Wang, K. Y.; Edmonds, K. W.; Irvine, A. C.; Tatara, G.; Ranieri, E. D.; Wunderlich, J.; Olejnik, K.; Rushforth, A. W.; Campion, R. P.; Williams, D. A.; Foxon, C. T. and Gallagher, B. L.
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett. 97

      巻: 262102 ページ: 1-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theory of spin transport induced by a temperature gradient2010

    • 著者名/発表者名
      Yuu Takezoe, Kazuhiro Hosono, Akihito Takeuchi and Gen Tatara
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 82

      巻: 094451 ページ: 1-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of spin-conserving scattering on Gilbert damping in ferromagnetic semiconductors2010

    • 著者名/発表者名
      Ka Shen, Gen Tatara and Ming-Wei Wu
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 81

      巻: 193201 ページ: 1-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theory of spin relaxation torque in metallic ferromagnets2010

    • 著者名/発表者名
      Noriyuki Nakabayashi, Akihito Takeuchi, Kazuhiro Hosono, Katsuhisa Taguchi, Gen Tatara
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 82

      巻: 014403 ページ: 1-10

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diffusive versus local spin currents in dynamic spin pumping systems2010

    • 著者名/発表者名
      Akihito Takeuchi, Kazuhiro Hosono, Gen Tatara
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 81

      巻: 144405 ページ: 1-12(Editors' Suggestion)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Perturbation theory of the dynamic inverse spin Hall effect with charge conservation2010

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Hosono, Akihito Takeuchi, and Gen Tatara
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn. 79

      巻: 014708 ページ: 1-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Current-induced domin wall motion2010

    • 著者名/発表者名
      G. Tatara, H. Kohno and J. Shibata
    • 雑誌名

      in Exitaxial ferromagnetic films and spintronic applications (Eds. A. Hirohata, Y. Otani)

      巻: Research Signpost ページ: 405-421

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin relaxation torque and spin transport in metallic ferromagnets2010

    • 著者名/発表者名
      Gen Tatara, Akihito Takeuchi and Noriyuki Nakabayashi
    • 雑誌名

      Proceeding of SPIE, 7760 "Spintronics III"

      巻: 776006 ページ: 1-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Current Pumping from Spin Dynamics2010

    • 著者名/発表者名
      A. Takeuchi, K. Hosono, and G. Tatara
    • 雑誌名

      Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 23

      巻: 31

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-charge conversion via the Rashba spin-orbit interaction in spin pumping systems2010

    • 著者名/発表者名
      Akihito Takeuchi, Kazuhiro Hosono and Gen Tatara
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series, 200

      巻: 062031 ページ: 4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 誌上セミナースピントロニクス理論の基礎(連載全10 回)2010

    • 著者名/発表者名
      竹内祥人、多々良源、河野浩、柴田絢也
    • 雑誌名

      固体物理45

      巻: 45 ページ: 781-791

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 誌上セミナースピントロニクス理論の基礎(連載全10 回)2008

    • 著者名/発表者名
      多々良源、河野浩、柴田絢也
    • 雑誌名

      固体物理43

      巻: 43 ページ: 1-7, 131-143, 265-276, 319-329, 617-627

    • 査読あり
  • [学会発表] 磁化ダイナミクス誘起電流における磁気モノポールの可能性(招待講演)2013

    • 著者名/発表者名
      多々良源
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会シンポジウム「スピンダイナミクス,スピン輸送現象の最前線」
    • 発表場所
      神奈川工科大学
    • 年月日
      2013-03-29
  • [学会発表] スピン軌道相互作用から生じる起電力とモノポール(招待講演)2013

    • 著者名/発表者名
      多々良源
    • 学会等名
      大阪電気通信大学エレクトロニス基礎研究所シンポジウム(原子・分子レベルでの材料創製とキャラクタリゼーション)「スピントロニクマテリアルの新しい展開」
    • 年月日
      2013-01-11
  • [学会発表] Magnetic monopole induced by spin-orbit interaction in ferromagnetic metals. (invited)2012

    • 著者名/発表者名
      G. Tatara
    • 学会等名
      WPI-AIMR workshop Topological Functional Materials and Devices
    • 発表場所
      WPI main building, Tohoku University, Sendai, Japan
    • 年月日
      20121130-1201
  • [学会発表] Spin Damping Monopole. (invited)2012

    • 著者名/発表者名
      G. Tatara
    • 学会等名
      The 2nd International Conference of the Asia Union of Magnetics Societies (ICAUMS2012), Nara.(Invited) Prefectural New Public Hall
    • 年月日
      20121002-05
  • [学会発表] Spin damping monopoles in spin pumping + inverse spin Hall systems. (invited)2012

    • 著者名/発表者名
      Gen Tatara
    • 学会等名
      4th International Workshop on Spin Caloritronics
    • 発表場所
      Institute for Materials Research,Tohoku University
    • 年月日
      20120602-05
  • [学会発表] Maxwell's equation and spin damping monopole in spintronics. (invited)2012

    • 著者名/発表者名
      Gen Tatara
    • 学会等名
      The 2nd ASRC International Workshop on Magnetic Materials and Nanostructures Advanced Science Research Center, Japan Atomic Energy Agency (JAEA)
    • 年月日
      20120110-12
  • [学会発表] スピン流電流変換メカニズムに対する理論的知見(Mechanism of spin-charge conversion)2012

    • 著者名/発表者名
      多々良源
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会シンポジウム「スピン変換の物理とその関連現象(Physics of spin conversion and related phenomena)
    • 発表場所
      」関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
    • 年月日
      2012-03-25
  • [学会発表] Maxwell's equation and monopole in spintronics. (invited)2011

    • 著者名/発表者名
      Gen Tatara
    • 学会等名
      CECAM-Workshop, Simulation and Modeling of Emerging Electronics -2011
    • 発表場所
      The University of Hong Kong.
    • 年月日
      20111212-16
  • [学会発表] Maxwell's equation and monopole in spintronics. (invited)2011

    • 著者名/発表者名
      Gen Tatara
    • 学会等名
      7th International Conference on Advanced Materials and Devices (ICAMD 2011)
    • 発表場所
      Ramada Plaza Jeju Hotel, Jeju, Korea
    • 年月日
      20111207-09
  • [学会発表] Magnetic Monopole Generated by Spin Damping with Spin-Orbit Coupling. (invited)2011

    • 著者名/発表者名
      A. Takeuchi and G. Tatara
    • 学会等名
      26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
    • 発表場所
      Beijing,China
    • 年月日
      20110810-17
  • [学会発表] Introduction to miscroscopic theory of spin transport (invited)2011

    • 著者名/発表者名
      Gen Tatara
    • 学会等名
      6th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPIN-TECH6)
    • 発表場所
      Matuse, Japan
    • 年月日
      20110801-05
  • [学会発表] Monopole in spin pumping + inverse spin Hall system, (invited)2011

    • 著者名/発表者名
      Gen Tatara
    • 学会等名
      5th International Workshop on Spin Currents
    • 発表場所
      Sendai International Center, Sendai, JAPAN
    • 年月日
      20110725-28
  • [学会発表] スピントロニクスにおけるモノポール(招待講演)2011

    • 著者名/発表者名
      多々良源
    • 学会等名
      日本磁気学会第180回研究会「メタマテリアルからみた光と磁気」
    • 発表場所
      中央大学
    • 年月日
      2011-10-21
  • [学会発表] 拡散スピン流によるスピントルク2011

    • 著者名/発表者名
      柴田絢也、細野一弘、河野浩
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2011-09-23
  • [学会発表] Spin relaxation torque and spin transport in metallic ferromagnets. (invited)2010

    • 著者名/発表者名
      Gen Tatara
    • 学会等名
      SPIE NanoScience + Engineering Symposium,Spintronics III
    • 発表場所
      San Diego, CA, United States
    • 年月日
      20100801-05
  • [学会発表] Spin transports induced by dynamic spin textures. (invited)2010

    • 著者名/発表者名
      Gen Tatara
    • 学会等名
      The International Conference on Frustrated Spin Systems, Cold Atoms and Nanomaterials
    • 発表場所
      Hanoi, Vietnam
    • 年月日
      20100714-16
  • [学会発表] スピントロニクスにおける電磁気学:再考が必要か?2010

    • 著者名/発表者名
      多々良源
    • 学会等名
      日本磁気学会 第175回研究会「ナノ構造物質の電磁気学」
    • 発表場所
      中央大学
    • 年月日
      2010-12-17
  • [学会発表] Spin relaxation in spin transport driven by electric field and temperature gradient. (invited)ARL forum2010

    • 著者名/発表者名
      Gen Tatara
    • 学会等名
      Future and Application of Spintronics", Advanced Research Laboratory, Hitachi Ltd
    • 発表場所
      Hatoyama, Japan
    • 年月日
      2010-11-05
  • [図書] ミニマム電磁気学2011

    • 著者名/発表者名
      多々良源
    • 総ページ数
      175
    • 出版者
      培風館
  • [産業財産権] 磁気抵抗効果素子2012

    • 発明者名
      市村雅彦、多々良源、高橋宏昌
    • 権利者名
      日立、大阪大学
    • 産業財産権番号
      特許大4932275 号
    • 取得年月日
      2012-02-24
  • [産業財産権] Core-Rotating Element of Ferromagnetic Dot and Information Memory Element Using the Core of Ferromagnetic Dot2011

    • 発明者名
      T. Ono, S. Kasai, K. Kobayashi, Y. Nakatani, H. Kohno and G.Tatara
    • 産業財産権番号
      特許番号US 7,952,915 B2
    • 取得年月日
      2011-05-31
    • 外国

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公開日: 2014-08-29  

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