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Theory of Emergent Inductance with Spin-Orbit Coupling Effects

スピン軌道結合効果による創発インダクタンスの理論

山根 結太*; 深見 俊輔*; 家田 淳一  

Yamane, Yuta*; Fukami, Shunsuke*; Ieda, Junichi

らせん磁性体で最近発見された創発インダクタンスの理論を、空間反転対称性が破れた場合に生じるスピン軌道相互作用を考慮に入れることで任意の磁気テクスチャに拡張する。強磁性体中電子の動的アハロノフ-キャッシャー位相に基づく定式化で、スピン軌道創発インダクタンスの新概念提案を行う。スピン軌道創発インダクタンスは、空間的に一様な磁化でも磁性とスピン軌道相互作用の共存で普遍的に生じ、広範囲の温度と周波数で安定した動作を実現する。空間反転非対称性を備えた強磁性体を含む広く研究されている実験系を、本研究が提供する新しい視点で再考することで、超広帯域周波数範囲でのスピン軌道物理学とスピントロニクスベースの電力管理の研究に新しいパラダイムを開くことにつながる。

We extend the theory of emergent inductance, which has recently been discovered in spiral magnets, to arbitrary magnetic textures by taking into account spin-orbit couplings arising in the absence of spatial inversion symmetry. We propose a new concept of spin-orbit emergent inductance, which can be formulated as originating from a dynamical Aharonov-Casher phase of an electron in ferromagnets. The spin-orbit emergent inductance universally arises in the coexistence of magnetism and the spin-orbit couplings, even with spatially uniform magnetization, allowing its stable operation in wide ranges of temperature and frequency. Revisiting the widely studied systems involving ferromagnets with spatial inversion asymmetry, with the new perspective offered by our work, will lead to opening a new paradigm in the study of spin-orbit physics and the spintronics-based power management in ultrawideband frequency range.

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