非平衡状態における磁気的層間結合と磁化反転機構の理論

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540333
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 井上 順一郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60115532)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 多々良 源 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (10271529) ; 伊藤 博介 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (00293671)
• Keywords: 電流駆動磁化反転 / スピン蓄積 / 強磁性単電子トンネリング / スピン軌道相互作用 / 電流駆動磁壁移動 / スピン流

Research Abstract

電流駆動による直接磁化反転の機構の可能性を理論的に検討するため、非平衡状態におけるスピン蓄積、それによる磁化反転、および電流駆動時磁壁移動に関する研究を行った。
1)Rashbaスピン軌道相互作用を含む2次元電子ガスでは、非平衡状態においてスピン蓄積が生じることが知られていた。この現象をミクロな模型から説明することに成功し、同時にこの系の拡散伝導領域における電気伝導度がスピン軌道相互作用の2乗に比例して増加することを導いた。
2)強磁性金属/強磁性ドット/強磁性金属-単電子トンネル接合における、強磁性ドット内のスピン蓄積を利用した強磁性ドットの磁化反転について以下の点が明らかになった。エネルギー準位間隔を等間隔としてスピン蓄積によるドット内のエネルギー変化を計算すると、それは電流の方向に依存しない。一方、準位間隔がフェルミ準位近傍で変化することを取り入れると、スピン蓄積によるドット内のエネルギー変化は電流の方向に依存することが明らかになった。これは、現象論的には磁気的自由エネルギーのランダウ展開において磁化の高次の項を取り入れたことに相当する。電流方向の違いによるエネルギー差は帯電エネルギー程度であり、ドットが充分小さくなると、電流による磁化反転が可能となる。(この研究成果については現在論文を準備中である。)
3)強磁性体/常磁性体/強磁性体2重トンネル接合における電流をスピン流を含むように拡張し、常磁性体中のスピン蓄積とスピン依存伝導に関する計算を行った。2つの磁性体の磁化が傾いている場合、常磁性体中のスピン蓄積の空間分布等を明らかにした。(論文投稿中)
4)電流駆動による磁壁移動に関する理論考察を行った。電流が磁壁に及ぼす影響としては、電荷の流れによる運動量移行と、スピン流によるスピン移行とがある。磁壁が厚い場合には、後者が重要となること、磁壁移動の臨界電流は異方性エネルギーによって決定されることを示した。また、薄い磁壁の場合には電荷の流れによる運動量移行が支配的となることが明らかにされた。

Research Products

• [Publications] J.Inoue, G.E.W.Bauer, L.W.Molemkamp: "Diffuse transport and spin accumulation in a Rashba two-dimensional electron gas"Physical Review B. 67. 33104-33107 (2003)
• [Publications] G.Tatara, H.Kohno: "Theory of current-driven domain wall motion : a poorman's approach"Phvs.Rev.Lett.. (to be published).