| 研究課題/領域番号 |
25820135
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| 研究種目 |
若手研究(B)
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
本多 周太 筑波大学, 数理物質系, 助教 (00402553)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 純スピン流 / マイクロマグネティクス |
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| 研究概要 |
純スピン流注入磁化反転は，磁性体の新しい磁化反転機構として注目されている。磁性体の磁化を制御する場合，高速，低電圧，高確率に反転させる必要がある。また，磁性体の磁化が不安定にならないように，磁性体内の温度を出来るだけ上げない機構を用いる必要がある。純スピン流注入磁化反転では電流が絶縁体を通過しないため発熱が少ないと考えられており，注目されている。
本年度は，”パーマロイ薄膜へのラテラル方向の純スピン流注入による磁化反転の高性能化”を目標に，研究を行なった。研究には純スピン流注入に拡張されたスピントランスファートルク項を加えたLL方程式を用いたマイクロマグネティクスシミュレーションを用いた。注入されるスピンの偏極方向を磁化反転の向きから斜めに傾けることで，磁化反転速度や反転確率が増加することが明らかとなった。
また，純スピン流注入の特徴として，スピン流の生成源を複数用意できる。実験では，４つの純スピン流生成源からターゲットの磁性体へ同時に純スピン流を注入することに成功している。この複数の生成源の各磁化の向きを変更することで，高速に磁化反転が可能となることをシミュレーションで示した。
さらに課題の一つであるマイクロマグネティクスシミュレーションへの電子状態計算の導入にむけ，タイトバインディングモデルを用いた表面グリーン関数の計算の高精度化お行なった。計算を行なう際，単純な手法では固有値問題で数値エラーが発生することが多々あったが，固有値の解法を一般化固有値問題や積型固有値問題へ拡張することで，数値計算エラーを減らすことに成功した。
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| 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
本年度の目標は，”純スピン流注入による磁化反転の高性能化の提案”であった。交付者が独自に開発した純スピン流を取り入れたマイクロマグネティクスシミュレーターを用いて，いくつかの高性能化の提案を行なった。これまで実験で行なわれていたような１方向からの純スピン流注入において，反転確率が１００％になる注入方法を提案した。さらに，純スピン流注入の利点である多方向からスピンを注入出来ることを利用した手法においても同様に反転確率が１００％となる注入方法を提案した。これらの成果は，本年度の目標を達成していると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は１．さらなる高性能化の提案，２．純スピン流の他の応用への利用の提案に向けて，研究を行なう。これまでのシミュレーションでは，一定の向きに偏極したスピン流を注入することでの磁化反転の高性能化を提案した。しかし，複数の純スピン流の生成源から生成された純スピン流を合成して注入すれば，生成される純スピン流の量を調整することで，注入される純スピン流のスピン偏極の向きを変更することが可能である。このような場合に，どのように向きを変更させたら，どのくらいの高性能化が期待できるのかなどを調べ，さらなる高性能化を提案する。また，磁化反転だけではなく，他の機構への純スピン流注入の応用を考察する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
本研究課題である純スピン流注入磁化反転のシミュレーションには多くの計算資源がひつようである。したがって，当該年度に多数の計算機を購入するよていであった。この購入予定の計算機は該当年度のシミュレーションに加えて，次年度以降も使用する予定であった。しかし，シミュレーションの計算速度の飛躍的な向上に成功し，当該年度のシミュレーションが，少ない計算資源で可能となった。計算機を購入する場合，計算機が必要になる時期まで購入を遅らせた方が，より高性能な計算機が購入できるので，当該年度の購入を見送り，次年度に購入を当てることにした。
本年度はシミュレーションの計算速度の飛躍的な向上に成功した。しかし，次年度以降に計画している純スピン流の磁化反転以外への利用のためのシミュレーションや，純スピン流を用いたシミュレーションと電子状態計算を融合したシミュレーションの開発には，より多くの計算資源が必要となる。特に，シミュレーションの計算サイズが大きくなると計算速度が遅くなるため，高性能な計算機が必要となる。そこで，当該年度から繰り越された使用額も計算機の購入に割り当てる。その他，学会発表，研究議論用の旅費，論文別代として使用する。
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