スピン・格子複合ダイナミクスに基づくスピン流物性の開拓

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25707029
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 内田 健一 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (50633541)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: スピントロニクス / スピン流 / 逆スピンホール効果 / 音波 / フォノン / 磁性体

研究実績の概要

音波によるスピン流生成現象である音響スピンポンプ効果の時間分解測定を行い、音波誘起スピン流と温度勾配誘起スピン流(スピンゼーベック効果)が異なる時間スケールで発現することを見出した。圧電素子の発熱によって生成されるスピン流は実験系の熱容量により決定される秒スケールの時定数で定常状態に達するが、音響スピンポンプ効果によって生成されるスピン流は遥かに早い時間スケールで生じていることを示した。本実験結果と昨年度報告した成果(Solid State Commun. 198, 26 (2014))により、過渡状態・定常状態の双方において、音響スピンポンプ効果とスピンゼーベック効果の寄与を定量分離・評価する実験手法を確立した。マイクロ～ナノ秒スケールにおける音響スピンポンプ効果の測定系も構築しており、予備実験とノイズ評価を行った。これを用いて今後スピン流の高速応答物性を系統的に測定することで、音響スピンポンプ効果の微視的メカニズムの解明に繋がると考えている。
さらに本年度は、Pt/YIG接合を用いてスピンゼーベック効果とマイクロ波誘起スピンポンプを同時測定することで、Pt層を加熱した場合のスピンゼーベック効果とマイクロ波誘起スピンポンプは逆符号のスピン流を生成していることを明らかにした(J. Phys. D: Appl. Phys. 48, 025001 (2015))。本実験結果をベースに、外部入力によって誘起されたマグノン-電子間の有効温度差とスピン流の符号の関係性に関して詳細な検討を行った。スピンゼーベック効果と音響スピンポンプ効果の発現機構は密接に関連しており、以上の成果はPt/YIG系で発現する熱・音波・マイクロ波・光による各種スピン流生成現象を統合的に理解するための重要な指針を与えるものである。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Sign of inverse spin Hall voltages generated by ferromagnetic resonance and temperature gradients in (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Schreier, G. E. W. Bauer, V. Vasyuchka, J. Flipse, K. Uchida, J. Lotze, V. Lauer, A. Chumak, A. Serga, S. Daimon, T. Kikkawa, E. Saitoh, B. J. van Wees, B. Hillebrands, R. Gross, S. T. B. Goennenwein
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 48 ページ: 025001
  • DOI: 10.1088/0022-3727/48/2/025001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of spin currents by surface plasmon resonance (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, H. Adachi, D. Kikuchi, S. Ito, Z. Qiu, S. Maekawa, E. Saitoh
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 ページ: 5910
  • DOI: 10.1038/ncomms6910
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin Hall magnetoresistance at high temperatures (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, Z. Qiu, T. Kikkawa, R. Iguchi, E. Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 106 ページ: 052405
  • DOI: 10.1063/1.4907546
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhancement of spin-Seebeck effect by inserting ultra-thin Fe70Cu30 interlayer (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Kikuchi, M. Ishida, K. Uchida, Z. Qiu, T. Murakami, E. Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 106 ページ: 082401
  • DOI: 10.1063/1.4913531
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Observation of longitudinal spin-Seebeck effect in cobalt-ferrite epitaxial thin films (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Niizeki, T. Kikkawa, K. Uchida, M. Oka, K. Z. Suzuki, H. Yanagihara, E. Kita, E. Saitoh
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 5 ページ: 053603
  • DOI: 10.1063/1.4916978
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evaluation of thermal gradients in longitudinal spin Seebeck effect measurements (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Sola, M. Kuepferling, V. Basso, M. Pasquale, T. Kikkawa, K. Uchida, E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 117 ページ: 17C510
  • DOI: 10.1063/1.4916762
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of the interface condition on spin-Seebeck effects (2015)
  • 著者名/発表者名: Z. Qiu, D. Hou, K. Uchida, E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 48 ページ: 164013
  • DOI: 10.1088/0022-3727/48/16/164013
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Laser micro-processing as a tool for constructing insulator-based magnonic crystal (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Daimon, R. Iguchi, K. Uchida, E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 48 ページ: 164014
  • DOI: 10.1088/0022-3727/48/16/164014
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Interface-dependent magnetotransport properties for thin Pt films on ferrimagnetic Y3Fe5O12 (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Shiomi, T. Ohtani, S. Iguchi, T. Sasaki, Z. Qiu, H. Nakayama, K. Uchida, E. Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104 ページ: 242406
  • DOI: 10.1063/1.4883898
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Longitudinal spin Seebeck effect: from fundamentals to applications (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, M. Ishida, T. Kikkawa, A. Kirihara, T. Murakami, E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 26 ページ: 343202
  • DOI: 10.1088/0953-8984/26/34/343202
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Anomalous Nernst effect of Fe3O4 single crystal (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Ramos, M. H. Aguirre, A. Anadon, J. Blasco, I. Lucas, K. Uchida, P. A. Algarabel, L. Morellon, E. Saitoh, M. R. Ibarra
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 ページ: 054422
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.054422
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin current generation from sputtered Y3Fe5O12 films (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Lustikova, Y. Shiomi, Z. Qiu, T. Kikkawa, R. Iguchi, K. Uchida, E. Saitoh
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 116 ページ: 153902
  • DOI: 10.1063/1.4898161
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pure detection of the acoustic spin pumping in Pt/YIG/PZT structures (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, Z. Qiu, T. Kikkawa, E. Saitoh
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 198 ページ: 26-29
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2013.10.012
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantitative temperature dependence of longitudinal spin Seebeck effect at high temperatures (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, T. Kikkawa, A. Miura, J. Shiomi, E. Saitoh
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 4 ページ: 041023
  • DOI: 10.1103/PhysRevX.4.041023
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Spin-current phenomena at high magnetic fields and high temperatures (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida
  • 学会等名: APS March Meeting 2015
  • 発表場所: San Antonio, USA
  • 年月日: 2015-03-05 – 2015-03-05
  • 招待講演
• [学会発表] スピン揺動絶縁体におけるスピンゼーベック効果と熱電変換 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田健一
  • 学会等名: 第5回 LC-IMR主催ワークショップ「低炭素社会に向けた科学技術イノベーションの最新動向」
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市青葉区）
  • 年月日: 2014-12-12 – 2014-12-12
  • 招待講演
• [学会発表] スピンゼーベック効果のデバイス応用への展望 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田健一
  • 学会等名: 第128回 金属材料研究所講演会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市青葉区）
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-28
  • 招待講演
• [学会発表] 熱流・光によって駆動されるスピンダイナミクスとスピン流生成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田健一
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学（愛知県春日井市）
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] スピンゼーベック効果のデバイス応用への展望 ―熱電変換・センサー応用に向けて― (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田健一
  • 学会等名: 日本磁気学会 第197回研究会「高感度磁気センサの研究と製品」
  • 発表場所: 中央大学（東京都千代田区）
  • 年月日: 2014-07-11 – 2014-07-11
  • 招待講演
• [学会発表] Experimental progress on spin Seebeck effect (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida
  • 学会等名: 2nd International Workshop on Spin Mechanics
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市青葉区）
  • 年月日: 2014-06-24 – 2014-06-24
  • 招待講演
• [学会発表] スピンゼーベック効果の発見と磁性絶縁体の熱電変換応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田健一
  • 学会等名: 仙台青葉工業クラブ第38回講演同好会
  • 発表場所: エルソーラ仙台（宮城県仙台市青葉区）
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-11
  • 招待講演
• [学会発表] スピンゼーベック効果とスピン熱物理の展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田健一
  • 学会等名: ALPS, MERIT共催ワークショップ「物理工学の新展開」
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-04-04 – 2014-04-04
  • 招待講演
• [備考] http://www-lab.imr.tohoku.ac.jp/~kuchida/