研究課題
基盤研究(C)
本研究では、スピン軌道相互作用のうち特に界面で発生する強いRashba型スピン軌道相互作用が、磁性と電気伝導特性に与える効果も解析した。その結果、磁化のダイナミクスとRashba型スピン軌道相互作用が組みあわさることで、起電力と有効磁場が発生するという事実を見出した。この起電力は、磁化の運動から生じるという点では、電磁気におけるFaraday則と似ているが、物質中の量子効果によって生みだされている新しい効果で、電磁気的効果と比べ物質中では圧倒的に強い効果である。この起電力のメカニズムはスピンのもつ量子的なBerry位相を拡張した概念で理解することができる。有効電場だけではなく有効磁場も発生することはこれまでの研究で示唆されていたが、本研究ではスピンホール効果の解析をすることでその表式を具体的に求めることができた。Rashba型相互作用に起因する有効電場磁場は、Rashba相互作用の最低次でMaxwell方程式を満たすことも確認できた。また、Rashba相互作用のみの場合は通常のMaxwell方程式で記述されるが、それに加えてスピン緩和が存在するときにはモノポール項が現れることも確認できた。また、有効電磁場を有効作用の観点から整理することもおこなった。通常の電磁場と有効電磁場の間の相互作用も解析し、電磁場によるスピン制御の可能性を議論した。最も重要な相互作用は電場とスピン電磁場のベクトルポテンシャルが結合するスピン移行効果を表すものであるが、他に磁場とスピン磁場との結合などの新しい効果を見出した。
2: おおむね順調に進展している
研究開始時点では有効磁場を求める際は生成される電流の表式からその渦度の成分として求めることしかできず、同定において不定性が排除できなかった。本研究でスピンホール効果の計算も組み合わせることで有効磁場も一意に求めることに成功したことで、これまでの予想の正しさが確認され、また今後の解析における足がかりも得ることができた。また、有効作用の計算による理解も進み、Rashba型スピン軌道相互作用の場合の有効電磁場の様子を多角的に理解することができてきている。
Rashba型のスピン軌道相互作用の場合はほぼ理解できたので、次は磁性半導体の強いスピン軌道相互作用の場合の磁化により駆動されるスピン電磁場の解析も行い、異なったスピン軌道相互作用の場合の結果を比較することを予定している。また、スピン電磁場と通常の電磁場の有効作用を求めることで、両者の間の相互作用を解析する。
今年度は本研究課題に深く関わる別の課題への別機関からの予算の最終年度にあたり、研究経費は十分にそちらで賄うことができたため本研究費は次年度に繰り越した。また、年度ごとの額が小さいため来年度に繰り越すことで来年度予算と合算し、ある程度の額が必要とされるポスドク雇用費用として用いる予定のため。これは申請時と状況が変化しポスドクの必要性が出たためである。来年度予算と合算し、ポスドク雇用費用に当てる。総額の80%程度を人件費として用いる予定である。
すべて 2014 2013
すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 8件)
Journal of Applied Physics
巻: 115 ページ: 172609
10.1063/1.4870919
New J. Phys
巻: 16 ページ: 015016 (1-18)
10.1088/1367-2630/16/1/015016
Journal of the Korean Physical Society
巻: 62 ページ: 1759-1762
10.3938/jkps.62.1759
Phys. Rev. B
巻: 87 ページ: 054403 (1-9)
10.1103/PhysRevB.87.054403
巻: 87 ページ: 155102 (1-8)
10.1103/PhysRevB.87.155102
Nat Commun
巻: 4 ページ: 2011
10.1038/ncomms3011