強磁性SrRuOのワイル電子を活用したスピン制御

Spin manipulation utilizing Weyl electrons in ferromagnetic SrRuO

荒木 康史   ; 家田 淳一   

Araki, Yasufumi; Ieda, Junichi

スピントロニクスにおいて、スピンの電気的操作に際して発生する電力損失は大きな課題である。このジュール発熱を回避する過程として、我々は電子状態のトポロジカル構造を組み込んだ電場誘起スピントルクの理論を構築した。このトポロジカルな寄与は散逸の影響を受けず、従来のスピン移行トルクに比べて単位電流あたりのトルク効率を著しく向上させる。本原理によるスピントルクの発現は、トポロジカルな電子系の典型例である「ワイル電子」を持つ、強磁性酸化物SrRuOにおける磁化反転実験によって検証された。

Spintronics has been hindered by substantial power losses associated with the electric manipulation of spins. To mitigate Joule heating, we have developed a theory of electrically induced spin torques incorporating the topological structure of electron states. This topological contribution is free from dissipation and significantly enhances the torque efficiency per unit current compared with the conventional spin transfer torque. Our theory is supported by a magnetization switching experiment on ferromagnetic oxide SrRuO, where the observed torque is attributed to a type of topological electrons known as Weyl electrons.