Spin-motive force due to magnetic domain wall motion in shaped nanostripes

形状加工されたナノ細線中の磁壁移動によるスピン起電力

家田 淳一   ; 山根 結太; 大江 純一郎*; 前川 禎通

Ieda, Junichi; Yamane, Yuta; Oe, Junichiro*; Maekawa, Sadamichi

近年、磁気ナノ構造ではファラデーの電磁誘導の法則に拡張が必要となることが明らかにされた。この現象はスピン起電力と呼ばれ、これまでに磁壁運動や磁性ナノ粒子を介した電子伝導などで実現されている。これらの実験では、磁気運動を起こす駆動力として外部から磁場を印加し続けている。一方、磁性細線の形状を加工することによって、磁壁を磁場を用いることなく駆動させスピン起電力を発生させる方法が提案されている。今回、われわれは数値計算的手法を用いてこの提案を検証する。大小二箇所のくぼみを持つように形状加工を施した磁性細線において、磁壁は表面エネルギーを低下させるようにくぼみ部に捕獲される。初期状態として小さなくぼみに捕獲された磁壁に短いパルス磁場を印加し、くぼみから磁壁をたたき出す。磁壁は二つ目の大きなくぼみに捕獲されるかたちで無磁場下でも運動を続ける。この際、スピン起電力機構により磁気エネルギーを起電力として放出する。マイクロマグネティックシミュレーションにより形状加工を施した磁性細線中の磁壁移動を解析し、その際に放出されるスピン起電力の計算を行う。

In magnetic nanostructures, there is a correction to Faraday's law of induction. The effect, which is called as a spin-motive force, has been demonstrated in magnetic domain wall (DW) motion and an electron transport through magnetic nanoparticles. In such experiments, however, magnetization dynamics is driven by applied magnetic fields. Instead, by using a shaped magnetic nanostripe, the generation of spin-motive force without external driving forces has been proposed. We perform numerical calculations for the proposal. For a magnetic nanostripe designed to have two asymmetrical notches, a DW can be trapped at the notches lowering its surface energy. We apply a short pulse of a magnetic field for the DW to overcome the intermediate energy barrier between two notches. Then the DW is displaced automatically to the next notch discharging its magnetic energy via spin-motive force. We combine micromagnetic simulations and calculation of the spin-motive force to analyze this system.