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2022 年度 実施状況報告書

電流渦による磁性制御の基礎理論

研究課題

研究課題/領域番号 22K13997
研究機関埼玉大学

研究代表者

藤本 純治  埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (10794878)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードスピン渦度結合 / 粘性流体 / 渦度 / スピン軌道相互作用 / スピントルク
研究実績の概要

本研究の目的である電流渦による磁性制御の基礎理論の構築を目指して,本年度は(1)電流の渦度分布の解明,(2)スピン電流渦度結合の微視的理論による導出という2つの課題に取り組んだ.具体的には,(1)では,有限要素法を用いてノッチ構造がある場合の電流の分布を電子流体の方程式に基づいて数値的に解き,それから渦度分布を求めた.ノッチ構造の幅や長さ,曲率半径を変えることで渦度が増強されることを見出し,その定量的な式を導いた.これにより,ノッチ構造をデザインすることで渦度による有効磁場を制御できる可能性が数値的に検証された.また,得られた渦度分布を微分することで,生成されるスピン流についても求めたが,研究構想当初に想定した値より非常に小さくなることが分かった.これはスピン流によって生成される磁気スキルミオンがノッチ近傍から遠方へ運ばれるという実験結果に対する解釈が成り立たない可能性を示している.この問題に対して,スピン渦度結合ではなくスピン軌道相互作用による効果を考えることで解決できる可能性を見出した.さらにスピン軌道相互作用によって生じるスピンHall効果により電流が粘性流体としてふるまうことを論文として発表した.
(2)では,スピン渦度結合を生み出しうる微視的ハミルトニアンを有効場の理論を用いて波数に対する依存性を明らかにした.
また具体的にその依存性を満たすハミルトニアンを求めることに成功した.
その他に,スピン渦度トルクを求める前段階として,接合系におけるスピン移行トルクとして知られるSlonczewskiトルクをKubo公式と場の理論的アプローチから導出することに成功した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の計画では(1)のみを行う予定だったが,(2)についても成果が得られ,さらに(1)の派生としてスピンHall効果による電流の粘性獲得という成果が得られたため.

今後の研究の推進方策

予定を前倒しで計画に沿って研究を行う. 現在のところ研究計画を実行するにあたって特段の解決すべき課題は見つかっていない.

次年度使用額が生じた理由

1277円を使用できずに本年度が終了したが次年度に物品購入と旅費として使用する.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Field theoretical approach to spin torques: Slonczewski torques2023

    • 著者名/発表者名
      Junji Fujimoto
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: - ページ: -

  • [雑誌論文] Electron Hydrodynamics by Spin Hall Effect2023

    • 著者名/発表者名
      Junji Fujimoto, Wataru Koshibae, and Sadamichi Maekawa
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: - ページ: -

  • [雑誌論文] Chirality-dependent second-order spin current in systems with time-reversal symmetry2022

    • 著者名/発表者名
      Hirakida Ryosuke、Fujimoto Junji、Ogata Masao
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 106 ページ: 085127

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.085127

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin Hall effect driven by the spin magnetic moment current in Dirac materials2022

    • 著者名/発表者名
      Chi Zhendong、Qu Guanxiong、Lau Yong-Chang、Kawaguchi Masashi、Fujimoto Junji、Takanashi Koki、Ogata Masao、Hayashi Masamitsu
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: 214419

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.214419

    • 査読あり
  • [学会発表] Magnetic skyrmion creation by electron hydrodynamic effects2023

    • 著者名/発表者名
      Junji Fujimoto, Wataru Koshibae, Hirhoshi Funaki, Mamoru Matsuo, and Sadamichi Maekawa
    • 学会等名
      Low Temperature Physics, Sappro Convention Center, Japan, 2022.
    • 国際学会
  • [学会発表] スピントルクに対する場の理論的アプローチ: Slonczewskiトルク・スピンHallトルク2023

    • 著者名/発表者名
      藤本 純治
    • 学会等名
      日本物理学会 2022年秋季大会

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公開日: 2023-12-25  

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