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Jiang, N.*; 新居 陽一*; 有沢 洋希*; 齊藤 英治; 大江 純一郎*; 小野瀬 佳文*
Physical Review Letters, 126(17), p.177205_1 - 177205_5, 2021/04
被引用回数：4 パーセンタイル：47.33(Physics, Multidisciplinary)Chirality in a helimagnetic structure is determined by the sense of magnetic moment rotation. We found that the chiral information did not disappear even after the phase transition to the high-temperature ferromagnetic phase in a helimagnet MnP. The 2nd harmonic resistivity 
, which reflects the breaking down of mirror symmetry, was found to be almost unchanged after heating the sample above the ferromagnetic transition temperature and cooling it back to the helimagnetic state. The application of a magnetic field along the easy axis in the ferromagnetic state quenched the chirality-induced . This indicates that the chirality memory effect originated from the ferromagnetic domain walls.
Fe
O
as the origin of low-magnetic-field behavior of the spin Seebeck effect内田 健一*; 大江 純一郎*; 吉川 貴史*; 大門 俊介*; Hou, D.*; Qiu, Z.*; 齊藤 英治
Physical Review B, 92(1), p.014415_1 - 014415_8, 2015/07
被引用回数：35 パーセンタイル：78.87(Materials Science, Multidisciplinary)The magnetic-field dependence of the longitudinal spin Seebeck effect (LSSE) in a Pt/YFeO (YIG)-slab junction system was found to deviate from a bulk magnetization curve of the YIG slab in a low field range. In this paper, we show that the deviation originates from the difference between surface and bulk magnetization processes in the YIG slab and that it appears even when removing possible extrinsic magnetic anisotropy due to surface roughness and replacing the Pt layer with different materials. This result indicates that the anomalous field dependence of the LSSE is due to an intrinsic magnetic property of the YIG surface. Our numerical calculation based on the Landau-Lifshitz-Gilbert equation shows that the deviation between the LSSE and bulk magnetization curves is qualitatively explained by introducing easy-axis perpendicular magnetic anisotropy near the surface of YIG.
OSeO
廣部 大地*; 塩見 雄毅*; 嶋田 裕樹*; 大江 純一郎*; 齊藤 英治
Journal of Applied Physics, 117(5), p.053904_1 - 053904_6, 2015/02
被引用回数：9 パーセンタイル：37.65(Physics, Applied)We report spin-current generation related to skyrmion dynamics resonantly excited by a microwave in a helimagnetic insulator CuOSeO. A Pt layer was fabricated on CuOSeO and voltage in the Pt layer was measured upon magnetic resonance of CuOSeO to electrically detect injected spin currents via the inverse spin Hall effect (ISHE) in Pt. We found that ISHE-induced electromotive forces appear in the skyrmion phase of CuOSeO as well as in the ferrimagnetic phase, which shows that magnetic skyrmions can contribute to the spin pumping effect.
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：96.33(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 YFeO, 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.
田辺 賢士*; 千葉 大地*; 大江 純一郎*; 葛西 伸哉*; 河野 日出夫*; Barnes, S. E.*; 前川 禎通; 小林 研介*; 小野 輝男*
Nature Communications (Internet), 3, p.845_1 - 845_5, 2012/05
被引用回数：42 パーセンタイル：82.64(Multidisciplinary Sciences)A change of magnetic flux through a circuit induces an electromotive force. By analogy, a recently predicated force that results from the motion of non-uniform spin structures has been termed the spin-motive force. Although recent experiments seem to confirm its presence, a direct signature of the spin-motive force has remained elusive. Here we report the observation of a real-time spin-motive force produced by the gyration of a magnetic vortex core. We report a good agreement between the experimental results, theory, and micromagnetic simulations, which, taken as a whole, provide strong evidence in favour of a spin-motive force.
林 将光*; 家田 淳一; 山根 結太; 大江 純一郎*; 高橋 有紀子*; 三谷 誠司*; 前川 禎通
Physical Review Letters, 108(14), p.147202_1 - 147202_5, 2012/04
被引用回数：37 パーセンタイル：81.99(Physics, Multidisciplinary)磁壁移動に伴うスピン起電力を、パーマロイ細線における通常の誘導起電力を適切に差し引いた実時間電圧測定により直接検出する。磁壁の移動速度は印加磁場の大きさに対して非線形な振る舞いを示すが、出力電圧は磁場に対して線形となる。電圧信号の符号は、磁壁の運動方向に応じて反転することが示される。これらの振る舞いは、数値シミュレーションにより定量的に説明され、磁壁運動が周期的な磁化構造変化によって特徴付けられないような磁場領域にあったとしても、出力が外部磁場に対して線形に応答する様子が示される。
山根 結太; 捧 耕平*; 安 東秀*; 針井 一哉*; 大江 純一郎*; 家田 淳一; Barnes, S. E.*; 齊藤 英治; 前川 禎通
Physical Review Letters, 107(23), p.236602_1 - 236602_4, 2011/11
被引用回数：46 パーセンタイル：85.43(Physics, Multidisciplinary)We study, both experimentally and theoretically, the generation of a dc spinmotive force. By exciting a ferromagnetic resonance of a comb-shaped ferromagnetic thin film, a continuous spinmotive force is generated. Experimental results are well reproduced by theoretical calculations, offering a quantitative and microscopic understanding of this spinmotive force.
山根 結太; 家田 淳一; 大江 純一郎*; Barnes, S. E.*; 前川 禎通
Applied Physics Express, 4(9), p.093003_1 - 093003_3, 2011/09
被引用回数：9 パーセンタイル：37.83(Physics, Applied)We study, both analytically and numerically, a spinmotive force arising from inherent magnetic energy of a domain wall in a wedged ferromagnetic nanowire. In a spatially-nonuniform nanowire, domain walls are subjected to an effective magnetic field, resulting in spontaneous motion of the walls. The spinmotive force mechanism converts the ferromagnetic exchange and demagnetizing energy of the nanowire into the electrical energy of the conduction electrons through the domain wall motion. The calculations show that this spinmotive force can be several microvolts, which is easily detectable by experiments.
山根 結太; 家田 淳一; 大江 純一郎*; Barnes, S. E.*; 前川 禎通
Journal of Applied Physics, 109(7), p.07C735_1 - 07C735_3, 2011/04
被引用回数：20 パーセンタイル：62.63(Physics, Applied)We formulate a quantitative theory of an electromotive force of spin origin, i.e., spin-motive force, by the equation-of-motion approach. In a ferromagnetic metal, electrons couple to the local magnetization via the exchange interaction. The electrons are affected by spin dependent forces due to this interaction and the spin-motive force and the anomalous Hall effect appears. We have revealed that the origin of these phenomena is a misalignment between the conduction electron spin and the local magnetization.
大江 純一郎; 安立 裕人; 高橋 三郎; 前川 禎通
Physical Review B, 83(11), p.115118_1 - 115118_5, 2011/03
被引用回数：48 パーセンタイル：84.95(Materials Science, Multidisciplinary)熱勾配によって誘起される強磁性絶縁体中のスピン波について理論解析を行った。特に、非磁性端子によって観測されるスピン波スピン流の電気的シグナルを計算できる数値シミュレーション法を開発した。揺動散逸定理により温度勾配中の磁化の運動を再現し、計算によって得られたシグナルは実験と良い一致を示した。
安立 裕人; 大江 純一郎; 高橋 三郎; 前川 禎通
Physical Review B, 83(9), p.094410_1 - 094410_6, 2011/03
被引用回数：236 パーセンタイル：98.54(Materials Science, Multidisciplinary)強磁性体に温度勾配を印可したときにスピン流を駆動する、いわゆるスピンゼーベック効果の線形応答理論を構築する。このアプローチでは、局在磁化の低エネルギー励起であるマグノンに着目する。われわれの線形応答に基づくアプローチは、ごく最近イットリウム鉄ガーネットという典型的な磁性絶縁体で観測されたスピンゼーベック効果を、定性的にも定量的にも記述可能であることを示す。
安立 裕人; 内田 健一*; 齊藤 英治; 大江 純一郎; 高橋 三郎; 前川 禎通
Applied Physics Letters, 97(25), p.252506_1 - 252506_3, 2010/12
被引用回数：145 パーセンタイル：96.54(Physics, Applied)理論的かつ実験的にスピンゼーベック効果の低温での巨大な増幅現象を議論する。われわれの理論解析は、この現象におけるフォノンの自由度の重要性を明らかとした。すなわち、スピンゼーベック効果は低エネルギースピン励起を引き起こす非平衡フォノンによって強く増幅されるのである。われわれはさらに、大域的なスピン流を伴わないスピンゼーベック効果の観測を理解する鍵が上記のフォノンドラッグのシナリオにあることを指摘し、基盤の情報がスピンゼーベック効果に影響を与えることを予言する。
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。
大江 純一郎; Gu, B.; 前川 禎通
固体物理, 45(5), p.269 - 278, 2010/06
本稿では、磁性半導体に対する新しい数値計算方法として、第一原理計算と量子モンテカルロ法のそれぞれの優れた部分を利用した複合的な方法を紹介する。この方法は、物質固有のバンド構造・混成エネルギーを用いて、電子間相互作用を正確に扱うため、現実の物質の電子状態を正確に記述できる。(Ga,Mn)Asに対する計算では、フェルミ準位の位置によって磁気秩序が変わることがわかり、実験をよく再現することが示される。(Zn,Mn)Oにおける解析結果では、結晶構造の違いが磁気的性質に大きく影響していることを示す。
軌道に電子が存在しない
磁性半導体においても本方法は有効であることが示され、今後本方法を用いたさまざまな磁性半導体の解析、又は物質設計が期待される。ここで紹介した方法は、磁性半導体のみならず金属原子を含んだ高分子や生体分子などにも適応可能であるため、新しい機能分子の設計なども行うことを計画している。
家田 淳一; 山根 結太; 大江 純一郎*; 前川 禎通
no journal, ,
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。
山根 結太; 捧 耕平*; 安 東秀*; 針井 一哉*; 大江 純一郎*; 家田 淳一; Barnes, S. E.*; 齊藤 英治; 前川 禎通
no journal, ,
Recently, a motive force of spin origin, i.e., a "spinmotive force", has been theoretically predicted and experimentally observed. A spinmotive force reflects the spin of electrons in an essential manner and is a new concept relevant to electronic devices. However, problems remain, one of which is the continuous generation of such a spinmotive force. In this study, we present experiment and theory that demonstrate the continuous generation of a dc spinmotive force by exciting a ferromagnetic resonance of a single comb-shaped ferromagnetic thin film. Experimental results are well reproduced by theoretical calculations, offering a quantitative and microscopic understanding of this spinmotive force.
安立 裕人; 大江 純一郎*; 高橋 三郎; 前川 禎通
no journal, ,
温度勾配からスピン圧を生成するスピンゼーベック効果は磁性金属,磁性半導体,磁性絶縁体のそれぞれにおいて観測され、現在では強磁性体に付随する普遍的性質との認識が確立している。近年の理論及び実験的な努力の結果、スピンゼーベック効果には音波の自由度が重要であることが明らかとなってきた。ここでは、非平衡音波が低エネルギースピン励起を刺激する、いわゆるフォノンドラッグ効果について議論する。このシナリオでは、スピンゼーベック効果の信号は音波の熱伝導率を追跡する形で低温で増大することを予言する。講演では、この予言された振る舞いがごく最近の実験によって確認されたことなどを報告する。
安立 裕人; 大江 純一郎*; 高橋 三郎; 前川 禎通
no journal, ,
Spin Seebeck effect refers to a thermal spin injection occurring over millimeter scales from a ferromagnet into an attached nonmagnetic metal [Uchida et al., Nature 455, 778 (2008)]. We discuss the importance of the phonon-drag process in the spin Seebeck effect. Our theory of phonon-drag spin Seebeck effect [Adachi et al., Appl. Phys. Lett. 97, 252506 (2010)] explains simultaneously the local nature of the spin Seebeck effect [Jaworski et al., Nature Materials 9, 898 (2010); Uchida et al., Nature Materials 10, 737 (2011)] and the signal enhancement at low temperatures [Jaworski et al., Phys. Rev. Lett. 106, 186601 (2011)]. We also discuss the difference between our approach and that developed in Xiao et al., Phys. Rev. B 81, 214418 (2010).
Gu, B.; 大江 純一郎*; 前川 禎通
no journal, ,
The discovery of ferromagnetism in dilute magnetic semiconductor (DMS) has created much activity in the field of spintronics. The (Ga,Mn)As is regarded as a classic example with robust ferromagnetism coming from the partially filled d orbitals, while the highest reported Curie temperature is still well below room temperature. We develop a general combined numerical method for studying DMS, which can treat correlations correctly and that do not rely on arbitrary approximations or on the separation between charge, spin and orbital fluctuations. In this method, realistic parameters obtained by the ab initio calculations are used for performing quantum Monte Carlo calculations. We show that the proposed method well describes the magnetic properties of DMS and can be used for designing the new DMS materials which has high Curie temperatures.
Gu, B.; 大江 純一郎*; 前川 禎通
no journal, ,
The discovery of ferromagnetism in dilute magnetic semiconductor (DMS) has created much activity in the field of spintronics. We develop a general combined numerical method for studying DMS, where realistic parameters obtained by the ab initio calculations are used for performing quantum Monte Carlo calculations. By our method, we have studied the crystal structure effect on the ferromagnetic correlations in the compound (Zn,Mn)O, the possible d0 ferromagnetism in the compound Mg(O,N), the possible magnetic states for the negatively charged nitrogen-vacancy center (N-V) in diamond, and the ferromagnetic correlations in the Li(Zn,Mmn)As as a new generation ferromagnet based on a I-II-V semiconductor. It is expected that this general numerical method can be applied in a wide range of realistic magnetic systems.
