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塩見 雄毅*; 野村 健太郎*; 梶原 瑛祐*; 江藤 数馬*; Novak, M.*; 瀬川 耕司*; 安藤 陽一*; 齊藤 英治
Physical Review Letters, 113(19), p.196601_1 - 196601_5, 2014/11
被引用回数：274 パーセンタイル：99.03(Physics, Multidisciplinary)We report successful spin injection into the surface states of topological insulators by using a spin pumping technique. By measuring the voltage that shows up across the samples as a result of spin pumping, we demonstrate that a spin-electricity conversion effect takes place in the surface states of bulk-insulating topological insulators Bi
Sb
Te
Se
and Sn-doped Bi
TeSe. In this process, the injected spins are converted into a charge current along the Hall direction due to the spin-momentum locking on the surface state.
内田 健一*; 安立 裕人; 梶原 瑛祐*; 前川 禎通; 齊藤 英治
Solid State Physics, 64; Recent Advances in Magnetic Insulators; From Spintronics to Microwave Applications, p.1 - 27, 2013/11
被引用回数：12 パーセンタイル：17.05(Physics, Condensed Matter)A spin wave is a collective motion of magnetic moment in magnetically ordered materials. Although spin waves have been known and investigated for many years, resent research has revealed that the spin wave plays an important role in spintronics as a carrier of spin current, i.e., a flow of spin angular momentum. Such a spin-wave spin current is available in magnetic insulators even in the absence of conduction electrons, thus opens a new route for investigating spintronic phenomena in magnetic insulators. In this article we review recent progress in insulator spintronics.
Qiu, Z.*; 安藤 和也*; 内田 健一*; 梶原 瑛祐*; 高橋 遼*; 中山 裕康*; 安 東秀*; 藤川 安仁*; 齊藤 英治
Applied Physics Letters, 103(9), p.092404_1 - 092404_4, 2013/08
被引用回数：116 パーセンタイル：95.79(Physics, Applied)白金(Pt)/イットリウム鉄ガーネット(YIG)界面を高い精度で制御することに成功し、そのPt/YIG界面におけるスピンミキシングコンダクタンスを研究した。高い結晶性をもつ明瞭な界面が、ミキシングコンダクタンスの最大値を得るためには重要な要素であることを実験的に示した。そのスピンミキシングコンダクタンスはよく制御されたPt/YIG界面において、理論的予想最大値と近い、1.3
10
m
という値が得られた。
Fe
O
梶原 瑛祐*; 内田 健一*; 菊池 大介*; 安 東秀*; 藤川 安仁*; 齊藤 英治
Applied Physics Letters, 103(5), p.052404_1 - 052404_4, 2013/07
被引用回数：7 パーセンタイル：30.58(Physics, Applied)YFeO薄膜面内の温度勾配中における熱流によるスピン緩和の変調について調べた。温度勾配の方向によってYFeO薄膜の強磁性共鳴の線幅、つまりスピン緩和、は増減すること、また、この変調はYFeO薄膜中の熱的に誘起された横スピン波によって生じるスピン移行トルクを原因とすることを明らかにした。それらの実験結果は、YFeOに蒸着されたPt薄膜中におけるスピンポンプによって生じるスピン流の大きさはGilbert緩和定数の二乗に反比例し、現象論的なスピンポンプ模型と矛盾しないことを示している。
安 東秀*; Vasyuchka, V. I.*; 内田 健一*; Chumak, A. V.*; 山口 和也*; 針井 一哉; 大江 純一郎*; Jungfleisch, M. B.*; 梶原 瑛祐*; 安立 裕人; et al.
Nature Materials, 12(6), p.549 - 553, 2013/06
被引用回数：128 パーセンタイル：96.32(Chemistry, Physical)In this paper, we show a magnetically controllable heat flow caused by a spin-wave current. The direction of the flow can be switched by applying a magnetic field. When microwave energy is applied to a region of ferrimagnetic Y
Fe
O, an end of the magnet far from this region is found to be heated in a controlled manner and a negative temperature gradient towards it is formed. This is due to unidirectional energy transfer by the excitation of spin-wave modes without time-reversal symmetry and to the conversion of spin waves into heat. The magnetically controlled remote heating we observe is directly applicable to the fabrication of a heat-flow controller.
内田 健一*; 野中 挙海*; 吉川 貴史*; 梶原 瑛祐*; 齊藤 英治
Physical Review B, 87(10), p.104412_1 - 104412_6, 2013/03
被引用回数：98 パーセンタイル：94.69(Materials Science, Multidisciplinary)種々のガーネットフェライトY
Fe
O(=Gd, Ca; =Al, Mn, V, In, Zr)の縦スピンゼーベック効果(LSSE)をPt中の逆スピンホール効果を用いて調べた。Pt/YFeO試料中のLSSE電圧はガーネットフェライト中のFeの濃度を上げると増大することが分かった。これは、Pt/YFeO界面でのスピンミキシングコンダクタンスの変化で説明できる。また、我々はLSSE電圧とYFeOの局所的な磁性パラメーターとの相関についても調べた。この実験結果はPt/YFeO試料中のLSSE電圧はキュリー温度および飽和磁化に正の相関があるが、磁気回転比とギルバートダンピング定数との有意な相関は無いことを示している。
Jungfleisch, M. B.*; 安 東秀*; 安藤 和也*; 梶原 瑛祐*; 内田 健一*; Vasyuchka, V. I.*; Chumak, A. V.*; Serga, A. A.*; 齊藤 英治; Hillebrands, B.*
Applied Physics Letters, 102(6), p.062417_1 - 062417_4, 2013/02
被引用回数：48 パーセンタイル：85.65(Physics, Applied)We experimentally demonstrate the manipulation of magnetization relaxation utilizing a temperature difference across the thickness of an yttrium iron garnet/platinum hetero-structure: the damping is either increased or decreased depending on the sign of the temperature gradient. This effect might be explained by a thermally induced spin torque on the magnetization precession. The heat-induced variation of the damping is detected by microwave techniques as well as by a DC voltage caused by spin pumping into the adjacent Pt layer and the subsequent conversion into a charge current by the inverse spin Hall effect.
桐原 明宏*; 内田 健一*; 梶原 瑛祐*; 石田 真彦*; 中村 泰信*; 眞子 隆志*; 齊藤 英治; 萬 伸一*
Nature Materials, 11(8), p.686 - 689, 2012/08
被引用回数：240 パーセンタイル：98.56(Chemistry, Physical)Energy harvesting technologies, which generate electricity from environmental energy, have been attracting great interest because of their potential to power ubiquitously deployed sensor networks and mobile electronics. Of these technologies, thermoelectric (TE) conversion is a particularly promising candidate, because it can directly generate electricity from the thermal energy that is available in various places. Here we show a novel TE concept based on the spin Seebeck effect, called "spin-thermoelectric (STE) coating", which is characterized by a simple film structure, convenient scaling capability, and easy fabrication. The STE coating, with a 60-nm-thick bismuth-substituted yttrium iron garnet (Bi:YIG) film, is applied by means of a highly efficient process on a non-magnetic substrate. Notably, spin-current-driven TE conversion is successfully demonstrated under a temperature gradient perpendicular to such an ultrathin STE-coating layer (amounting to only 0.01% of the total sample thickness). We also show that the STE coating is applicable even on glass surfaces with amorphous structures. Such a versatile implementation of the TE function may pave the way for novel applications making full use of omnipresent heat.
Hou, D.*; Qiu, Z.*; 針井 一哉; 梶原 瑛祐*; 内田 健一*; 藤川 安仁*; 中山 裕康*; 吉野 達郎*; 安 東秀*; 安藤 和也*; et al.
Applied Physics Letters, 101(4), p.042403_1 - 042403_4, 2012/07
被引用回数：76 パーセンタイル：92.13(Physics, Applied)ビスマス/パーマロイ二層膜における逆スピンホール効果をスピンポンピングを用いて室温下で測定した。その結果、強磁性共鳴の吸収線幅からビスマスが良いスピン吸収材であることわかった。また、二層膜の逆スピンホール電圧と抵抗値の測定により、ビスマス膜厚の増大とともに逆スピンホール電流が減少することを見いだした。これは白金/パーマロイのような従来の二層膜における逆スピンホール効果の理解とは異なるものである。ビスマス/パーマロイ界面のスピン伝導の変調を考慮することで、この逆スピンホール電流の膜厚依存性を定量的に説明できるモデルを構築した。
内田 健一*; 太田 岳*; 安立 裕人; Xiao, J.*; 野中 挙海*; 梶原 瑛祐*; Bauer, G. E. W.*; 前川 禎通; 齊藤 英治
Journal of Applied Physics, 111(10), p.103903_1 - 103903_11, 2012/05
被引用回数：124 パーセンタイル：96.11(Physics, Applied)The spin-Seebeck effect (SSE) in ferromagnetic metals and insulators has been investigated systematically by means of the inverse spin-Hall effect (ISHE) in paramagnetic metals. The SSE generates a spin voltage as a result of a temperature gradient in a ferromagnet, which injects a spin current into an attached paramagnetic metal. In the paramagnet, this spin current is converted into an electric field due to the ISHE, enabling the electric detection of the SSE. The observation of the SSE is performed in longitudinal and transverse configurations consisting of a ferromagnet/paramagnet hybrid structure, where thermally generated spin currents flowing parallel and perpendicular to a temperature gradient are detected, respectively.
Fe
/Pt films中山 裕康*; 安藤 和也*; 針井 一哉; 吉野 達郎*; 高橋 遼*; 梶原 瑛祐*; 内田 健一*; 藤川 安仁*; 齊藤 英治
Physical Review B, 85(14), p.144408_1 - 144408_7, 2012/04
被引用回数：192 パーセンタイル：97.97(Materials Science, Multidisciplinary)強磁性共鳴(FMR)によるスピンポンピングで誘起される逆スピンHall効果(ISHE)の形状依存性を定量的に調べた。NiFe/Pt薄膜のサイズと膜厚を変え、FMRスペクトルとISHEによって誘起される起電力を測定した。薄膜形状を変えるとISHEによって誘起される電流はシステマティックに変化する。スピンポンピングによって誘起されるISHEの膜厚依存性はNiFeとPtでは異なっている。
Qiu, Z.*; 梶原 瑛祐*; 安藤 和也*; 藤川 安仁*; 内田 健一*; 田代 隆治*; 針井 一哉*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治
Applied Physics Letters, 100(2), p.022402_1 - 022402_3, 2012/01
被引用回数：31 パーセンタイル：75.44(Physics, Applied)単純な酸化物のみからなる系においてスピン波共鳴によるスピンポンプを逆スピンホール効果(ISHE)を用いて詳しく調べた。ランタンドープのイットリウム鉄ガーネット(La:YIG)/インジウムスズ酸化物(ITO)の2層膜においてスピンポンプが生じスピン流がITO層に注入され、それがISHEを通じて起電力として観測される。この起電力は面外磁場角度と励起マイクロ波パワーに依存して観測されたが、これはISHEの理論予測とよい一致を示す。酸化物のみからなる系でのスピンポンプの発見は酸化物スピントロニクスの可能性を広げるものである。
FeO/Pt hybrid structure内田 健一*; 安 東秀*; 梶原 瑛祐*; 戸田 雅也*; 齊藤 英治
Applied Physics Letters, 99(21), p.212501_1 - 212501_3, 2011/11
被引用回数：48 パーセンタイル：84.65(Physics, Applied)表面音波(a surface acoustic wave SAW)によるスピン流生成をYFeO(YIG)/Ptハイブリッド構造体で観測した。YIGとPtの界面でYIG相で発生した表面音波がPt相にスピン流を発生させていることを、Pt相の逆スピンホール効果で見いだした。ピエゾ振動子を貼り付けたYIG/Pt構造体では、YIG内の表面音波によるスピン電圧分布の系統的な測定を可能とする。この観測された現象はSAWベースのエレクトロニクスに高い親和性を持つので、スピントロニクスにおけるSAWデバイスの構築に道を拓くものである。
梶原 瑛祐*; 高橋 三郎*; 前川 禎通; 齊藤 英治*
IEEE Transactions on Magnetics, 47(6), p.1591 - 1594, 2011/06
被引用回数：9 パーセンタイル：47.25(Engineering, Electrical & Electronic)Conduction electron can carry a flow spin angular momentum, a spin current. This paper describes another type of spin current: a spin current carried by spin waves. Some types of spin waves can carry a spin current, which can propagate both in insulators and metals. These two types of spin currents were found to exchange each other at a Pt/YFeO interface.
安藤 和也*; 高橋 三郎; 家田 淳一; 梶原 瑛祐*; 中山 裕康*; 吉野 達郎*; 針井 一哉*; 藤川 安仁*; 松尾 衛*; 前川 禎通; et al.
Journal of Applied Physics, 109(10), p.103913_1 - 103913_11, 2011/05
被引用回数：431 パーセンタイル：99.5(Physics, Applied)強磁性/常磁性複層系において、スピンポンピングによって誘起された逆スピンホール効果(ISHE)の系統的な研究を行う。強磁性共鳴により駆動されたスピンポンピングが常磁性層にスピン流を注入し、常磁性層におけるISHEの作用によりスピン流に対して横向きに起電力が生じる。NiFe/Pt薄膜系では、強磁性共鳴条件において印加磁場の向きと直交する方向に起電力が発生することがわかった。起電力のスペクトル形状はローレンツ関数を用いてよく再現され、観測された起電力は完全にスピンポンピング誘起のISHEによるものであることを示している。すなわち、本実験ではその他の外的な磁気電圧効果は排除されている。起電力はマイクロ波強度,印加磁場の方向,薄膜の大きさに対し系統的に変化する。この振る舞いはLandau-Lifshitz-Gilbert方程式に基づく理論計算によりよく再現される。また、この起電力は、NiFeを強磁性絶縁体YFe
GaOで置き換えたPt/YFeGaO複層膜系においても観測され、スピンポンピング誘起ISHEが起電力の起源となっていることを示唆している。
Sandweg, C. W.*; 梶原 瑛祐*; Chumak, A. V.*; Serga, A. A.*; Vasyuchka, V. I.*; Jungfleisch, M. B.*; 齊藤 英治; Hillebrands, B.*
Physical Review Letters, 106(21), p.216601_1 - 216601_4, 2011/05
被引用回数：250 パーセンタイル：98.41(Physics, Multidisciplinary)We experimentally show that exchange magnons can be detected by using a combination of spin pumping and the inverse spin-Hall effect proving its wavelength integrating capability down to the submicrometer scale. The magnons were injected in a ferrite yttrium iron garnet film by parametric pumping and the inverse spin-Hall effect voltage was detected in an attached Pt layer. The role of the density, wavelength, and spatial localization of the magnons for the spin pumping efficiency is revealed.
吉野 達郎*; 安藤 和也*; 針井 一哉*; 中山 裕康*; 梶原 瑛祐*; 齊藤 英治
Applied Physics Letters, 98(3), p.132503_1 - 132503_3, 2011/03
被引用回数：33 パーセンタイル：76.88(Physics, Applied)金属二層薄膜でスピンポンプを用いて大きなスピン流を生成する明確な指針を示す。Ni
Fe/Pt二層薄膜で逆スピンホール効果を用いてスピンポンプを行い生成したスピン流について測定を行った。逆スピンホール効果の信号の大きさはスピンポンプモデルをもとにした計算結果でよく再現される。スピン流の大きさは飽和磁化の大きさ,ダンピング定数,磁化歳差の立体角の積によって一般に決定される。
Fe/Pt films中山 裕康*; 安藤 和也*; 針井 一哉*; 藤川 安仁*; 梶原 瑛祐*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治
Journal of Physics; Conference Series, 266, p.012100_1 - 012100_4, 2011/01
被引用回数：9 パーセンタイル：95.67(Materials Science, Multidisciplinary)スピン流を電圧に変換する逆スピンホール効果を異なる長さや幅のNiFe/Pt薄膜で調べた。スピンポンプによって逆スピンホール効果から生じる電圧を室温で測定した。実験結果から逆スピンホール効果によって発生する電圧はNiFe/Pt薄膜の長さに比例することが明らかになった。一方、発生する電圧はNiFe/Pt薄膜の幅が変わっても変化しなかった。この結果は逆スピンホール効果を表すモデルと整合する。
/Pt ( = Ni, Fe, and NiFe) bilayer film吉野 達郎*; 安藤 和也*; 針井 一哉*; 中山 裕康*; 梶原 瑛祐*; 齊藤 英治
Journal of Physics; Conference Series, 266, p.012115_1 - 012115_4, 2011/01
被引用回数：11 パーセンタイル：97.44(Materials Science, Multidisciplinary)/Pt二層膜(=Ni, Fe, and NiFe)におけるスピンミキシング伝導度をスピンポンピングをもとにしたモデルでの強磁性共鳴(FMR)の最大線幅から定量化を行った。Pt層が層に接しているときはスピンポンプによるFMR線幅の増大が観測された。実験ではこれらの/Pt二層膜ではスピンミキシング伝導度はそれぞれ同じ程度の大きさを持つことが示された。このことはこれらの薄膜でのスピンポンプによるスピン注入効率がほぼ同一であることを示している。
内田 健一*; Xiao, J.*; 安立 裕人; 大江 純一郎; 高橋 三郎; 家田 淳一; 太田 岳*; 梶原 瑛祐*; 梅沢 浩光*; 河合 浩孝*; et al.
Nature Materials, 9(11), p.894 - 897, 2010/11
被引用回数：1050 パーセンタイル：99.88(Chemistry, Physical)ゼーベック効果に代表される熱電発電は、次世代の省エネルギー技術には不可欠の機能である。これまでこの機能の発現には伝導電子の存在が必要であると思われてきたが、伝導電子の存在は熱デバイスの設計にとって不利であることが多いため、結果として伝導電子の存在が熱電発電の応用範囲を限定する原因となっていた。今回、われわれは絶縁体中を流れる熱流から電圧を生成することに成功したので、それを報告する。われわれが明らかにしたのは、磁性絶縁体LaY FeOが伝導電子を持たないのにもかかわらず、熱流をスピン圧に変換できるという事実である。このスピン圧は、LaYFeOに貼付けられたPt薄膜中で生じる逆スピンホール効果を用いることで電圧に変換することができるため、熱流から電圧を生成することが可能となる。今回の実験結果を理解するためには、LaYFeOとPtとの界面に働く、熱によるスピン交換相互作用を考える必要がある。われわれの発見は熱電変換素子となりうる物質の可能性を拡げ、そしてまたスピンゼーベック効果の背後に潜む物理を理解するための極めて重要な情報を与えた。
