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2013 年度 実施状況報告書

遷移金属合金および磁性多層膜の磁気緩和定数の第一原理計算

研究課題

研究課題/領域番号 25420686
研究種目

基盤研究(C)

研究機関東北大学

研究代表者

佐久間 昭正  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30361124)

研究分担者 三浦 大介  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90708455)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード磁気緩和 / 第一原理計算 / 磁気異方性
研究概要

これまで我々は、Kambersky やGilmore等(K-G)によって提案されたギルバート緩和定数αの評価手法(トルク相関法と呼ばれる)に、我々が構築してきた上記の手法を拡張して不規則合金のαの評価を行ってきた。但し、(伝導度テンソルσや磁気異方性定数Kuについては広く認められた手法があるが)αについての微視的記述は現時点で確立されたレベルにあるとはいえず、トルク相関法(スピントルクの自己相関関数)とScattering理論に基づくαの記述(散乱行列の時間微分の相関関数)は(一見)異なっている。また、これらが従来の磁気緩和理論(主にスピン帯磁率の虚部)やスピンポンピングによる磁気緩和機構とどう関係するかはそれほど明らかではない。
そこで、平成25年度は、これまでの磁気緩和理論の関係を物理的観点から明確にし、第一原理計算の立場からこれらの統一的理解と計算手法の再構築を行った。具体的には、スピントルク の自己相関関数(トルク相関法)とスピン帯磁率の虚部、そして散乱行列の時間微分の相関関数の関係を明らかにし、その上で磁気的不均一系や非一様磁化運動における磁気緩和まで含めてαの定量評価に適した新たな記述を行った(佐久間)。非一様磁化運動に関しては、これまでに行ってきたnon-collinear磁気構造や静的スピン波近似の下での電子状態の第一原理計算技術が適用可能かどうかについても検討した(D2学生)。次に、これを第一原理計算手法の下で計算する手続きを検討し(佐久間)、計算プログラムの作成を行った(佐久間、D1学生)。

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

1.トルク相関法によるαとスピン帯磁率の虚部、そして散乱行列の時間微分の相関関数は、電子のバンド間遷移を無視する近似の下で同じ結果を与えるが、バンド内遷移を考慮すると、異なる結果をもたらすことが明らかになった。ただし、バンド間遷移は不純物等による電子の散乱が弱い場合は寄与が小さいことも示した。これらの事情は、論文にまとめ掲載に至った。
2.非一様磁化運動におけるαの定量評価に関しては、静的スピン波近似の下での電子状態の第一原理計算プログラムを作成し、スピン波がある場合のαの定量評価を可能にした。

今後の研究の推進方策

平成25年度に構築した計算技術を用いて、ハーフメタル性を示すホイスラー合金など種々の遷移金属合金のギルバート緩和定数αの定量評価を行い、実測値との比較、組成比や規則度そして磁化の非一様運動の影響などを明らかにする。また、同じ手法から磁性多層膜などの磁気的不均一系のαの評価を行い、スピンポンピング機構による磁気緩和定数の定量評価を行っていく。

次年度の研究費の使用計画

今年度未使用額は、研究を効率的に推進したことにより発生したものである。
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成26年度請求額と合わせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Mechanism of Uniaxial Magnetocrystalline Anisotropy in Transition Metal Alloys2014

    • 著者名/発表者名
      Yohei Kota and Akimasa Sakuma
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 83 ページ: 034715-1-9

    • DOI

      10.7566/JPSJ.83.034715

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhancement of Spin Pumping Efficiency in Fe4N/Pt Bilayer Films2013

    • 著者名/発表者名
      Shinji Isogami, Masakiyo Tsunoda, Mikihiko Oogane, Akimasa Sakuma, and Migaku Takahashi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 6 ページ: 63004-1-4

    • DOI

      10.7567/APEX.6.063004

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Enhancement of Magnetic Damping in Fe4N Films with Increasing Thickness2013

    • 著者名/発表者名
      Shinji Isogami, Masakiyo Tsunoda, Mikihiko Oogane, Akimasa Sakuma, and Migaku Takahashi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 52 ページ: 142405-1-4

    • DOI

      10.1063/1.4824031

    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-principles study on the relationship between magnetic anisotropy and anomalous Hall effect of bct-Fe50Co502013

    • 著者名/発表者名
      Kazushige Hyodo, Yohei Kota, and Akimasa Sakuma
    • 雑誌名

      Journal of Applied Phyisics

      巻: 115 ページ: 17C710-1-3

    • DOI

      10.1063/1.4862218

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microscopic Theory of Gilbert Damping for TRansition metal Systems2013

    • 著者名/発表者名
      Akimasa Sakuma
    • 雑誌名

      Journal of the Magnetic Society of Japan

      巻: 37 ページ: 343- 351

    • 査読あり
  • [学会発表] First-principles study on the relationship between magnetic anisotropy and anomalous Hall effect of bct-Fe50Co502013

    • 著者名/発表者名
      Kazushige Hyodo, Yohei Kota, and Akimasa Sakuma
    • 学会等名
      58th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials,
    • 発表場所
      Denver, USA
    • 年月日
      20131104-20131108
  • [学会発表] bct-Fe50Co50合金における磁気異方性と異常ホール効果の相関に関する理論研究2013

    • 著者名/発表者名
      兵頭 一茂、佐久間 昭正
    • 学会等名
      第37回日本磁気学会学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      20130903-20130906

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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