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2013 年度 実施状況報告書

スピン軌道相互作用の生む新しい磁性体スピントロニクス現象の微視的理論

研究課題

研究課題/領域番号 25400339
研究種目

基盤研究(C)

研究機関名古屋大学

研究代表者

河野 浩  名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10234709)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードスピントロニクス / スピントルク / 磁壁 / Rashba型スピン軌道相互作用 / スピン移行トルク / 線形応答理論 / Gilbert damping / feedback 効果
研究概要

電流が強磁性体の磁化に及ぼす効果(スピントルク)に対する、Rashba 型スピン軌道相互作用の効果を計算した。当初予定していた、磁化が空間的に一様な場合のみならず、磁化が空間変化している場合、すなわち、磁化の空間微分を含むトルクについても計算を行うことができた。これにより、いわゆる「スピン軌道トルク」だけでなく、「スピン移行トルク」や「ベータ項」をも含めて総合的に議論を行うことができた。その結果、Rashba 効果によりベータ項が非常に増大すること、それに駆動された磁壁の速度はスピン移行効果によるものの数十倍にもなること、が分かった。計算は、微小振幅の方法に基づいた線形応答理論で、グリーン関数法を用いてバーテックス補正の効果も考慮して行った。これらの結果は、現在論文にまとめている。他方で、ゲージ場の方法による計算は進まず、次年度の課題として残された。
また、Rashba強磁性体におけるfeedback効果、特に feedbackトルクと Gilbert damping の関係を調べた。これは、Rashba系よりも理論的取扱いが容易な2次元Dirac系の結果、すなわち、Dirac系の Gilbert damping はfeedback 効果で100% 説明できること、に着想を得たものであった。今回の計算で、Rashba系では 100% ではないが、電子の散乱時間に比例する項については、feedback効果で説明できる、という結果を得た。これに基づいた、いくつかの物理的な提案を含めて、現在論文にまとめている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

Rashba系のスピントルクについては、今年度予定分の、磁化が空間的に一様な場合のみならず、次年度予定分の磁化が空間変化している場合についても計算を行うことができた。一方で、今年度の予定に入れていた、ゲージ場の方法による計算は進展しなかった。また、feedback トルクについてはある程度結論を出すことができたが、feedback conductivity については進まなかった。

今後の研究の推進方策

まず、Rashba系のスピントルクの結果(微小振幅の方法)を論文にまとめる作業に力を注ぐ。その後、あるいはそれと並行して、ゲージ場の方法による計算を進める。更に、feedback トルクの結果を論文にまとめる。最近、Dirac 型のみならず、Weyl型の電子系も注目を集めており、そのような系も視野に入れて進めていく。

次年度の研究費の使用計画

研究用パソコンの購入を予定していたが、所属の移動により機種を選定する余裕がなかった。
当初の計画通り、研究用パソコンを購入したいと考えているが、学生数が増えたことにより、論文投稿料が増えることが予想され、そちらに回すことも検討している。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (13件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Spin torques and charge transport on the surface of topological insulator2014

    • 著者名/発表者名
      A. Sakai, H. Kohno
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 89 ページ: 165307 1-21

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.89.165307

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-barrier stability that allows low power operation in current-induced domain wall motion2013

    • 著者名/発表者名
      K.-J. Kim, R. Hiramatsu, T. Koyama, K. Ueda, Y. Yoshimura, D. Chiba, K. Kobayashi, Y. Nakatani, S. Fukami, M. Yamanouchi, H. Ohno, H. Kohno, G. Tatara and T. Ono
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 4 ページ: 2011 1-6

    • DOI

      doi:10.1038/ncomms3011

    • 査読あり
  • [学会発表] スピンカイラリティーによる異常Hall 伝導度に対するvertex 補正の効果2014

    • 著者名/発表者名
      中澤一輝,河野 浩
    • 学会等名
      日本物理学会 2014年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] ディラック強磁性体の輸送係数に対するバーテクス補正の効果2014

    • 著者名/発表者名
      藤本純治,河野 浩
    • 学会等名
      日本物理学会 2014年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] Feedback Effects in Dirac and Rashba Ferromagnets2014

    • 著者名/発表者名
      H. Kohno, A. Sakai, J. Fujimoto, Y. Kawabata and J. Shibata
    • 学会等名
      Workshop on Current-Driven Magnetisation Dynamics
    • 発表場所
      Leeds, UK
    • 年月日
      20140107-20140109
    • 招待講演
  • [学会発表] ディラック強磁性体の輸送係数2013

    • 著者名/発表者名
      藤本純治,河野 浩
    • 学会等名
      第3回「固体中のディラック電子」研究会
    • 発表場所
      赤穂
    • 年月日
      20131227-20131228
  • [学会発表] Feedback Effects in Dirac and Rashba Ferromagnets2013

    • 著者名/発表者名
      H. Kohno, A. Sakai, J. Fujimoto, Y. Kawabata and J. Shibata
    • 学会等名
      KITP program on Spintronics: Progress in Theory, Materials, and Devices
    • 発表場所
      KITP, UCSB, USA
    • 年月日
      20131108-20131108
  • [学会発表] Transport properties of Dirac Ferromagnet2013

    • 著者名/発表者名
      J. Fujimoto, H. Kohno
    • 学会等名
      KITP Conference: Concepts in Spintronics
    • 発表場所
      KITP, UCSB, USA
    • 年月日
      20130930-20131004
  • [学会発表] スピントルク及びスピン起電力の微小振幅による方法による微視的解析- ラシュバ型スピン軌道相互作用を伴う系-II2013

    • 著者名/発表者名
      酒井章雄,,河野 浩
    • 学会等名
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      20130925-20130928
  • [学会発表] ディラック強磁性体におけるギルバート減衰トルク2013

    • 著者名/発表者名
      藤本純治,河野 浩
    • 学会等名
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      20130925-20130928
  • [学会発表] DiracおよびRashba強磁性体におけるGilbert減衰とフィードバック効果2013

    • 著者名/発表者名
      川端 優,酒井章雄,藤本純治,柴田絢也,河野 浩
    • 学会等名
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      20130925-20130928
  • [学会発表] Feedback effects in Dirac and Rashba ferromagnets2013

    • 著者名/発表者名
      河野 浩
    • 学会等名
      基研研究会「固体中におけるディラック電子系物理の新展開」
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所
    • 年月日
      20130619-20130621
  • [学会発表] ディラック強磁性体の輸送係数2013

    • 著者名/発表者名
      藤本純治, 河野 浩
    • 学会等名
      基研研究会「固体中におけるディラック電子系物理の新展開」
    • 発表場所
      京都大学基礎物理学研究所
    • 年月日
      20130619-20130621
  • [学会発表] Spin torques and charge transport on the surface of topological insulator - case of skew scattering -2013

    • 著者名/発表者名
      A. Sakai and H. Kohno
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Metallic Multilayers (MML2013)
    • 発表場所
      Kyoto
    • 年月日
      20130519-20130524
  • [学会発表] Transport properties of Dirac Ferromagnet2013

    • 著者名/発表者名
      J. Fujimoto, H. Kohno
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Metallic Multilayers (MML2013)
    • 発表場所
      Kyoto
    • 年月日
      20130519-20130524
  • [備考] 名古屋大学 大学院理学研究科 物性理論研究室

    • URL

      http://www.s.phys.nagoya-u.ac.jp/

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公開日: 2015-05-28  

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