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2014 年度 実績報告書

原子層物質のスピン物性

公募研究

研究領域原子層科学
研究課題/領域番号 26107505
研究機関東北大学

研究代表者

野村 健太郎  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (00455776)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード物性理論 / 原子層 / スピントロニクス
研究実績の概要

当該年度はグラフェンを中心とする2次元電子系へのスピン注入の理論的研究に着手した。グラフェンなどの原子層物質は強磁性体を直接的に接合できるので、従来型の2次元電子系に比べスピン注入デバイスとしての機能を有する事が期待できる。そこで我々は強磁性体がマイクロ波によって強磁性共鳴状態にある場合に2次元電子系に注入されるスピン流を計算を行った。特に線形分散を持つグラフェンではフェルミ準位によらず常にスピン流が注入されるという利点がある事を明らかにした。
トポロジカル絶縁体の表面もまた強磁性体を接合できる2次元電子系の一つである。強磁性体の磁化の方向がトポロジカル絶縁体の表面伝導にどのように影響を与えるかを、不純物効果を中心に解析した。強磁性体の磁化が面内方向を向いている場合と、面直方向を向いている場合で、乱れに対する堅牢性を比較したところ、面内磁化に対する磁気伝導度が堅牢である事がわかった。この理由として、面内磁化は表面のディラック電子に対し、有効ベクトルポテンシャルとして働く一方で、面直磁化は質量ギャップを与えることを明らかにした。

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

グラフェン上のスピン注入の研究はおおむね順調に進んでいる。グラフェンへのスピン流の計算にはサーキット理論を用いて行った。当該年度でスピン軌道相互作用が無視でき、かつ不純物散乱を無視した極限でのスピン流の計算はほぼすべて終える事が出来た。これは系がバリスティック領域にある場合に適応可能である。一方、トポロジカル絶縁体表面の磁気伝導現象に関しては転送行列法を用いて、伝導度を数値的に計算している。こちらも予定していた計算のほとんどが終了している。

今後の研究の推進方策

今後は系がスピン軌道相互作用を含む場合に拡張する。シンプルであるが現実的でもある系として、MoS2やWSe2[4]などの価電子帯によるスピン流を調べる。これらの系の価電子帯のもつスピン軌道相互作用は特殊で、スピンのz成分だけは保存される。したがってz成分のスピン流は保存則を満たし、理論的な取り扱いに向いている。断熱近似を用いた磁化ダイナミクスをこの系に取り込む際に、有効磁気モーメントとしてスピン軌道相互作用を取り扱う。スピン軌道相互作用によりスピン偏極はバレー偏極と直接関係し、これによるスピン流を検証する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Stability of Multinode Dirac Semimetals against Strong Long-Range Correlations2014

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Sekine, Kentaro Nomura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 90 ページ: 075137-1-7

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.075137

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Weyl semimetal phase in solid-solution narrow-gap semiconductors2014

    • 著者名/発表者名
      Daichi Kurebayashi, Kentaro Nomura
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 83 ページ: 063709-1-4

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.83.063709

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Axionic Antiferromagnetic Insulator Phase in a Correlated and Spin-Orbit Coupled System2014

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Sekine, Kentaro Nomura
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 83 ページ: 104709-1-7

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.83.104709

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin-Electricity Conversion Induced by Spin Injection into Topological Insulators2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiomi, K. Nomura, Y. Kajiwara, K. Eto, M. Novak, Kouji Segawa, Yoichi Ando, E. Saitoh
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 113 ページ: 196601-1-5

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.196601

    • 査読あり
  • [学会発表] Weyl semimetal phase in spin-orbit coupled semiconductors2014

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomura
    • 学会等名
      Novel Quantum States in Condensed Matter 2014
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2014-11-13 – 2014-11-13
    • 招待講演

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公開日: 2016-06-01  

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