2017 Fiscal Year Annual Research Report
Unified theory of electromagnetic and optical cross correlation phenomena in solids
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17H02929
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
多々良 源 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (10271529)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河野 浩 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (10234709)
柴田 絢也 東洋大学, 理工学部, 教授 (20391972)
岸根 順一郎 放送大学, 教養学部, 教授 (80290906)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / スピン電荷変換 / スピン流 / 有効ゲージ場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピントロニクス現象はスピン流の概念を用いて発展してきた。が、スピン流は保存流ではないために現象の現象論的解釈には原理的な不定性が存在する。さらに非保存性によりスピン流は測定可能量ではなく、スピン密度や電流などの物理量により間接的にアクセスする他ない。我々は駆動場と測定場の 2 つの物理量を線形応答理論で直接結びつける定式化を行い、自然で明快な理論記述を提示した。
スピンホール効果などスピン軌道相互作用によるスピン電荷変換現象は、従来はスピン流と電流の相関関数で理解されてきたが、この場合測定量であるスピン密度を求めるには拡散方程式などの古典的議論を経る必要があった。我々は、スピン密度と電流の相関関数を用いれば、1つの線形応答公式により現象を明快に記述できることを示した。
従来の記述でのスピン流伝導率に相当するものは、スピンゆらぎによる強磁性帯磁率である。つまりスピン流透過の観測は、波数分解(空間依存した)帯磁率を電気的測定により検出しているということができる。この理解では強磁性体から反強磁性絶縁体にスピン流が「流れる」のは極自然である。
スピントロニクスはすでに定量的予言と解釈が不可欠な段階であり、スピン流と現象論パラメータによる感覚的理論では不十分である。スピンと電流の相関関数などの直接的応答量に基づく曖昧性のない記述は今後不可欠であると期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
スピン流－電流変換というスピントロニクスの基本となる現象に対して、物理的に明快な定式化を初めて行ったことで、概念的に新しくかつ本質的な理解を提示した。本研究の当初の目的はほぼ全て果たせたと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本質的な問題は解決したが、今後は個別なケースについての詳細な議論を行い、現実的な予言を行う。
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