Theory of spin hydrodynamic generation

スピン流体発電の理論

松尾 衛*; 大沼 悠一; 前川 禎通

Matsuo, Mamoru*; Onuma, Yuichi; Maekawa, Sadamichi

流体運動によるスピン流生成現象を理論的に調べた。量子運動論的理論に基いて流体の渦度と結合するスピン拡散方程式を導き、層流及び乱流の渦度勾配からスピン流が生成されることを示した。また、生成されたスピン流は逆スピンホール電圧の測定から検出されることと、層流及び乱流における電圧が、それぞれ流速及び流速の二乗に比例するという理論予測を示した。本研究は、流体スピントロニクスという分野を切り拓くと期待される。

Spin-current generation by fluid motion is theoretically investigated. Based on quantum kinetic theory, the spin-diffusion equation coupled with fluid vorticity is derived. We show that spin currents are generated by the vorticity gradient in both laminar and turbulent flows and that the generated spin currents can be detected by the inverse spin Hall voltage measurements, which are predicted to be proportional to the flow velocity in a laminar flow. In contrast, the voltage in a turbulent flow is proportional to the square of the flow velocity. This study will pave the way to fluid spintronics.