スピンベリー位相が導く新しいスピン利用技術の開拓

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26247063
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 前川 禎通 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, センター長 (60005973)
• 研究分担者: 家田 淳一 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (20463797) ; 中堂 博之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (30455282) ; 小野 正雄 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (50370375) ; 松尾 衛 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 任期付研究員 (80581090)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: スピンベリー位相

研究実績の概要

回転場中のスピンダイナミクスを包括的に理解するため、核スピン系を舞台に核磁気共鳴（ＮＭＲ）法と核四重極共鳴（ＮＱＲ）法を用いてベリー位相とバーネット効果の研究を遂行した。回転座標系における測定を可能とするコイル回転NMR/NQR法を用いることで、スピンベリー位相とバーネット効果のクロスオーバーを観測することに成功し、また、それぞれを独立して観測することにも成功した。これらの実験結果によって回転場中のスピンを記述する理論的枠組みを構築することができた。これらの結果をまとめて論文にし現在投稿準備中である。
物質中の様々な相互作用に起因し、バーネット磁場は変調を受ける可能性がある。この効果を測定するため高分解能NMR測定装置を用いて実験を行った。回転試料中のスピンを実験室系から観測するとき、バーネット磁場に変調がなければドップラー効果によってバーネット磁場によるシフトはキャンセルされる。ところがバーネット磁場に変調があれば、キャンセルしない成分があり回転方向に対して非対称なシフトが観測される。リン化インジウム中の115In NMRにおいてこの兆候が見え始めてきている。
希土類におけるバーネット効果によって測定したg因子がランデg因子に一致することを実験的に示し論文発表した。
理論面ではスピン起電力の出力増大を目的として対象をこれまでの強磁性体から高速・高エネルギー励起が期待される反強磁性体に拡張し、反強磁性体でも磁壁運動や磁気共鳴からの電力取り出しが可能であることを示した。また、低次元系のスピノン熱電現象の理論構築を行い、東北大学で行われた実験結果とともに論文発表した。この他、ハーフメタル中のスピン伝導の理論構築、新規磁性半導体の予言を行い、スピンゼーベック効果の総合報告、力学的スピン制御およびスピンホール効果の理論に関するレビュー論文を発表した。

現在までの達成度 (段落)

28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

28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] Gyroscopic g factor of rare earth metals (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogata, H. Chudo, M. Ono, K. Harii, M. Matsuo, S. Maekawa, E. Saitoh
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 110, 072409 (2017). 巻: 110 ページ: 072409(1-4)
  • DOI: 10.1063/1.4976998
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] New p- and n-type ferromagnetic semiconductors: Cr-doped BaZn2As2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Bo Gu, Sadamichi Maekawa
  • 雑誌名: AIP Advances 7, 055805 (2017). 巻: 7 ページ: 055805(1-6)
  • DOI: 10.1063/1.4973208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-mechatronics (2017)
  • 著者名/発表者名: Mamoru Matsuo, Eiji Saitoh, S. Maekawa
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 ページ: 011011(1-7)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.86.011011
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Skew Scattering from Correlated Systems: Impurities and Collective Excitations in the Spin Hall Effect (2017)
  • 著者名/発表者名: Timothy Ziman, Bo Gu, and Sadamichi Maekawa
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 86, 011005 (2017). 巻: 86 ページ: 011005(1-8)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.86.011005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin transport in half-metallic ferromagnets (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohnuma, M. Matsuo, S. Maekawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 94 ページ: 184405(1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.94.184405
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Diluted magnetic semiconductors with narrow band gaps (2016)
  • 著者名/発表者名: B. Gu, S. Maekawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 94 ページ: 155202(1-8)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.94.155202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optically Transparent Ferromagnetic Nanogranular Films with Tunable Transmittance (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Kobayashi, H. Masumoto, S. Takahashi, S. Maekawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 34227(1-7)
  • DOI: 10.1038/srep34227
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] One-dimensional spinon spin currents (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Hirobe, M. Sato, T. Kawamata, Y. Shiomi, K. Uchida, R. Iguchi, Y. Koike, S. Maekawa, E. Saitoh.
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 13 ページ: 30-34
  • DOI: 10.1038/nphys3895
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric generation based on spin Seebeck effects (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, H. Adachi, T. Kikkawa, A. Kirihara, M. Ishida, S. Yorozu, S. Maekawa, E. Saitoh
  • 雑誌名: Proceedings of the IEEE 104, 1946 (2016) 巻: 104 ページ: 1946-1973
  • DOI: 10.1109/JPROC.2016.2535167
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-transfer torques in antiferromagnetic textures: Efficiency and quantification method (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuta Yamane, Jun'ichi Ieda,Jairo Sinova
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 94, 054409 (2016) 巻: 94 ページ: 054409(1-8)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.94.054409
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electric voltage generation by antiferromagnetic dynamics (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuta Yamane, Jun'ichi Ieda, Jairo Sinova
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 93, 180408(R) (2016) 巻: 93 ページ: 180408(R1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.93.180408
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Spin Transport in Spintronics (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Lecture at Peking University
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2017-03-30 – 2017-03-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanical effects on spintronics (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: The KITS 2017 Forum: New Horizons in Condensed Matter Physics
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2017-03-29 – 2017-03-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanical Effects on Spintronics (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Spin mechanics 4
  • 発表場所: Lake Louise, Canada
  • 年月日: 2017-02-20 – 2017-02-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin transport in a variety of systems (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: SHINES Workshop on Spins and Heat
  • 発表場所: Palm Springs, USA
  • 年月日: 2017-01-12 – 2017-01-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Prof. A. Einstein meets Spintronics (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: The lecture meeting commemorating the 30th anniversary of The Foundation Advanced Technology Institute (ATI)
  • 発表場所: 新世代研究所（東京都）
  • 年月日: 2016-11-22 – 2016-11-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin Current and Power Spintronics (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Lecture at University of California
  • 発表場所: Riverside, Los Angeles, USA
  • 年月日: 2016-11-10 – 2016-11-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin Mechatronics: Mechanical Generation of Spin Current (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Euro-Asian Symposium "Trends in Magnetism" (EASTMAG-2016)
  • 発表場所: Krasnoyarsk, Russia
  • 年月日: 2016-08-15 – 2016-08-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin Hall Effects due to Critical Spin Fluctuations (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Spin Caloritronics 7
  • 発表場所: Utrecht, the Netherlands
  • 年月日: 2016-07-15 – 2016-07-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Power Spintronics (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Lecture at International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA)
  • 発表場所: 物質・材料機構（つくば市）
  • 年月日: 2016-07-08 – 2016-07-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Prof. Einstein meets Spintronics (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Lecture at European Spallation Source ERIC (ESS)
  • 発表場所: Lund, Sweden
  • 年月日: 2016-06-23 – 2016-06-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin current;Its physics and applications (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Insulatronics 2016
  • 発表場所: Longyearbyen, Norway
  • 年月日: 2016-05-31 – 2016-05-31
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin current; Its physics and applications (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Summit of Materials Science 2016 (SMS 2016)
  • 発表場所: 東北大金属材料研究所（仙台市）
  • 年月日: 2016-05-19 – 2016-05-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin current; Its physics and applications (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology Meeting
  • 発表場所: Dubrovnik, Croatia
  • 年月日: 2016-05-04 – 2016-05-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Prof. A. Einstein meets Spintronics (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: Lecture at the Institute of Physics in Zagreb
  • 発表場所: Zagreb, Croatia
  • 年月日: 2016-05-02 – 2016-05-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin Current, Spin Conversion and Power Spintronics (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: 5th International Conference on Superconductivity and Magnetism
  • 発表場所: Fethiye, Turkey
  • 年月日: 2016-04-24 – 2016-04-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Application of Spintronics to Nuclear Technology (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Maekawa
  • 学会等名: International Workshop on Radiation Resistant Sensors and Related Technologies for Nuclear Power Plant Decommissioning 2016 (R2SRT2016)
  • 発表場所: いわき産業創造館（福島県）
  • 年月日: 2016-04-20 – 2016-04-20
  • 国際学会 / 招待講演