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佐藤 哲也*; 加藤 岳生*; 大上 能悟*; 松尾 衛
Physical Review B, 107(8), p.L180406_1 - L180406_6, 2023/05
被引用回数：1 パーセンタイル：54.89(Materials Science, Multidisciplinary)We examine the mechanical rotation of a levitated magnetic particle that is induced by ferromagnetic resonance under microwave irradiation. We show that two stable solutions appear in a certain range of parameters by bifurcation when the rotation frequency is comparable to the microwave frequency. This phenomenon originates from the coexistence of the Barnett and the Einstein-de Haas effects. We also reveal that this measurement is sensitive to the strength of the spin-rotation coupling. Our work provides a platform for accessing a microscopic relaxation process from spin to macroscopic rotation.
山 正樹*; 松尾 衛; 加藤 岳生*
Physical Review B, 107(17), p.174414_1 - 174414_15, 2023/05
被引用回数：1 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)We theoretically consider the effect of vertex correction on spin pumping from a ferromagnetic insulator (FI) into a two-dimensional electron gas (2DEG) in which the Rashba and Dresselhaus spin-orbit interactions coexist. The Gilbert damping in the FI is enhanced by elastic spin-flipping or magnon absorption. We show that the Gilbert damping due to elastic spin-flipping is strongly enhanced by the vertex correction when the ratio of the two spin-orbit interactions is near a special value at which the spin relaxation time diverges while that due to magnon absorption shows only small modification. We also show that the shift in the resonant frequency due to elastic spin-flipping is strongly enhanced in a similar way as the Gilbert damping.
石川 卓門*; 松尾 衛; 加藤 岳生*
Physical Review B, 107(5), p.054426_1 - 054426_9, 2023/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)We study the temperature dependence of spin-Hall magnetoresistance (SMR) in antiferromagnetic-insulator/metal bilayer systems. We calculate the amplitude of the SMR signal by using a quantum Monte Carlo simulation and examine how the SMR depends on the amplitude of the spin, thickness of the antiferromagnetic-insulator layer, and randomness of the exchange interactions. Our results for simple quantum spin models provide a useful starting point for understanding SMR measurements on atomic layers of magnetic compounds.
船戸 匠*; 加藤 岳生*; 松尾 衛
Physical Review B, 106(14), p.144418_1 - 144418_10, 2022/10
被引用回数：3 パーセンタイル：34.67(Materials Science, Multidisciplinary)We study spin pumping into an anisotropic Dirac electron system induced by microwave irradiation to an adjacent ferromagnetic insulator theoretically. We formulate the Gilbert damping enhancement due to the spin current flowing into the Dirac electron system using second-order perturbation with respect to the interfacial exchange coupling. As an illustration, we consider the anisotropic Dirac system realized in bismuth to show that the Gilbert damping varies according to the magnetization direction in the ferromagnetic insulator. Our results indicate that this setup can provide helpful information on the anisotropy of the Dirac electron system.
-wave superconductor/ferromagnetic insulator bilayer systems大湊 友也*; 山影 相*; 加藤 岳生*; 松尾 衛
Physical Review B, 105(20), p.205406_1 - 205406_7, 2022/05
被引用回数：8 パーセンタイル：77.62(Materials Science, Multidisciplinary)We investigate ferromagnetic resonance (FMR) modulation in -wave superconductor (SC)/ferromagnetic insulator (FI) bilayer systems theoretically. The modulation of the Gilbert damping in these systems reflects the existence of nodes in the -wave SC and shows power-law decay characteristics within the low-temperature and low-frequency limit. Our results indicate the effectiveness of the use of spin pumping as a probe technique to determine the symmetry of unconventional SCs with high sensitivity for nanoscale thin films.
佐藤 哲也*; 立野 雅大*; 松尾 衛; 加藤 岳生*
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 546, p.168814_1 - 168814_6, 2022/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)General relations for nonequilibrium spin transport at a magnetic junction between a normal metal and a ferromagnetic insulator are derived from the quantum fluctuation theorem. They include the extended Onsager relations between the spin conductance and the spin-current noise that hold for nonequilibrium states driven by an external current. These relations are valid for a general setup of spin Hall magnetoresistance (SMR) when the main contribution is due to the interfacial spin conductance. Unidirectional spin Hall magnetoresistance (UMR) in insulating ferromagnetic junctions can be understood in a similar way. Therefore, our work can provide a comprehensive viewpoint for understanding of SMR and UMR in insulating ferromagnetic junctions. Our result also predicts relations for higher-order coefficients with respect to the external current in terms of higher-order cumulants in a unified framework.
泉田 渉*; 奥山 倫*; 佐藤 健太郎*; 加藤 岳生*; 松尾 衛
Physical Review Letters, 128(1), p.017701_1 - 017701_6, 2022/01
被引用回数：4 パーセンタイル：67.44(Physics, Multidisciplinary)We propose a nanoscale rotor embedded between two ferromagnetic electrodes that is driven by spin injection. The spin-rotation coupling allows this nanorotor to continuously receive angular momentum from an injected spin under steady current flow between ferromagnetic electrodes in an antiparallel magnetization configuration. We develop a quantum theory of this angular-momentum transfer and show that a relaxation process from a precession state into a sleeping top state is crucial for the efficient driving of the nanorotor by solving the master equation. Our work clarifies a general strategy for efficient driving of a nanorotor.
山本 剛史*; 加藤 岳生*; 松尾 衛
Physical Review B, 104(12), p.L121401_1 - L121401_5, 2021/09
被引用回数：5 パーセンタイル：44.86(Materials Science, Multidisciplinary)We investigate the spin Seebeck effect and spin pumping in a junction between a ferromagnetic insulator and a magnetic impurity deposited on a normal metal. By performing a numerical renormalization group calculation, we show that spin current is enhanced by the Kondo effect. This spin current is suppressed by an increase in temperature or a magnetic field comparable to the Kondo temperature. Our results indicate that spin transport can be a direct probe of spin excitation in strongly correlated systems.
山 正樹*; 立野 雅大*; 加藤 岳生*; 松尾 衛
Physical Review B, 104(5), p.054410_1 - 054410_9, 2021/08
被引用回数：7 パーセンタイル：51.66(Materials Science, Multidisciplinary)We theoretically consider spin pumping in a junction between a ferromagnetic insulator (FI) and a two-dimensional electron gas (2DEG) in which the Rashba and Dresselhaus spin-orbit interactions coexist. Using second-order perturbation theory, we derive an increase in linewidth in the case of an interfacial exchange coupling in a ferromagnetic resonance (FMR) experiment. We clarify how the enhancement of Gilbert damping depends on the resonant frequency and spin orientation of the FI. We show that this setup of an FMR experiment can provide information on the spin texture of 2DEG at the Fermi surface.
加藤 岳生*; 大沼 悠一*; 松尾 衛
Physical Review B, 102(9), p.094437_1 - 094437_10, 2020/09
被引用回数：16 パーセンタイル：71.02(Materials Science, Multidisciplinary)We consider a microscopic theory for the spin Hall magnetoresistance (SMR). We generally formulate a spin conductance at an interface between a normal metal and a magnetic insulator in terms of spin susceptibilities. We reveal that SMR is composed of static and dynamic parts. The static part, which is almost independent of the temperature, originates from spin flip caused by an interfacial exchange coupling. However, the dynamic part, which is induced by the creation or annihilation of magnons, has an opposite sign from the static part. By the spin-wave approximation, we predict that the latter results in a nontrivial sign change in the SMR signal at a finite temperature. In addition, we derive the Onsager relation between spin conductance and thermal spin-current noise.
松尾 衛*; 大沼 悠一; 加藤 岳生*; 前川 禎通
Physical Review Letters, 120(3), p.037201_1 - 037201_5, 2018/01
被引用回数：43 パーセンタイル：89.44(Physics, Multidisciplinary)常磁性金属と強磁性体の二層系におけるスピンゼーベック効果及びスピンポンピングによって生成された純スピン流の揺らぎを理論的に調べた。スピンの保存と非保存の過程を考慮した強磁性体/金属の単純な界面のモデルから出発し、強磁性体/金属の結合強度について2次の摂動の範囲で、界面におけるスピン流とスピン流ノイズの一般的な式を導出した。また、イットリウム鉄ガーネットと白金の二層系を想定し、スピン流とスピン流ノイズを見積もった。その結果、界面におけるスピン非保存過程によって変調された、マグノンが運ぶ有効スピンを、スピン流ノイズを用いて決定できることを示した。加えて、スピン流ノイズによって、マグノンの有効スピン、スピンポンピングにおいて発生する界面での発熱量、常磁性金属のスピンホール角に関する情報が得られることを示した。
Kim, H.*; Lin, S.-Z.*; Graf, M.*; 宮田 佳典*; 永井 佑紀; 加藤 岳生*; 長谷川 幸雄*
Physical Review Letters, 117(11), p.116802_1 - 116802_5, 2016/09
被引用回数：21 パーセンタイル：75.55(Physics, Multidisciplinary)近年、物質の表面や界面に原子層数層程度の金属的電子伝導領域を作成しコントロールすることが可能となり、それらを用いた革新的デバイス作製へ向けて世界中で盛んに研究が行われている。特に、Si基盤上に再構成されたSi(111)表面(SiC)は、様々な原子層を載せることで電気抵抗ゼロを示すなど多彩な物性を示す。本論文では、このSiCの原子層のステップ状構造における電気伝導率を測定するための手法を開発したことを報告する。その際、PbのナノアイランドをSiC上に載せ低温で超伝導化させてその超伝導近接効果を走査型トンネル顕微鏡を用いて調べた。なお、上記課題の解決にあたり、走査型トンネル顕微鏡によって得られた測定データと超伝導近接効果を記述する理論計算を比較することで、原子層のステップ状構造の電気伝導率を決めることができた。これらの結果は、界面や表面を利用したデバイス開発に資する成果であり、広く原子力分野の材料開発のためのシミュレーション基盤開発にも資する成果である。
大塚 雄一*; 妹尾 仁嗣; 求 幸年*; 加藤 岳生*
Physica B; Condensed Matter, 404(3-4), p.479 - 481, 2009/03
被引用回数：5 パーセンタイル：25.59(Physics, Condensed Matter)1/4充填の分子性導体に対する擬1次元電格子結合モデルの基底状態の性質を調べた。鎖間平均場近似により格子自由度と結合した有効1次元拡張ハバードモデルを導出し、ランチョス厳密対角化法によって解いた。その結果、格子4量体化を起こしたさまざまな電子格子秩序パターンの間の臨界的性質が、鎖間クーロン斥力,格子の非調和性、そして内因的2量体化の度合いによって敏感に変わることがわかった。
大塚 雄一*; 妹尾 仁嗣; 求 幸年*; 加藤 岳生*
Journal of the Physical Society of Japan, 77(11), p.113705_1 - 113705_4, 2008/11
被引用回数：30 パーセンタイル：77.55(Physics, Multidisciplinary)擬1次元1/4充填系の有限温度相転移を電子格子結合を含む拡張ハバードモデルを用いて調べた。鎖間平均場近似と組合せ量子モンテカルロ法により、電荷秩序,ダイマーモット状態,スピンパイエルス状態の競合と共存を明らかにした。また計算結果をDCNQI系やTMTTF系といった擬1次元分子性導体の実験データと比較した。
妹尾 仁嗣; 求 幸年*; 加藤 岳生*
Journal of the Physical Society of Japan, 76(1), p.013707_1 - 013707_4, 2007/01
被引用回数：18 パーセンタイル：66.99(Physics, Multidisciplinary)1/4充填の擬一次元分子性導体の相転移を、鎖間クーロン斥力によって結合し電子格子相互作用を考慮した拡張ハバード鎖を用いて理論的に研究する。鎖間項を平均場近似によって扱い、有効一次元モデルに対して数値的量子転送行列法を適用する。電荷秩序,ダイマーモット転移(格子二量体化)、及びスピンパイエルス転移(格子四量体化)の有限温度における性質を調べた。またあるパラメータ領域において、本質的な二量体化が不在でも、誘電性を有する電荷秩序と格子二量体化が共存する領域が見つかった。
妹尾 仁嗣; 加藤 岳生*; 求 幸年*
no journal, ,
1/4-filledバンドを持つDCNQI
やTMTTF等、擬一次元分子性導体の有限温度における物性を理論的に調べる。これらの物質群では、例えば電荷自由度において電荷秩序やダイマー型モット絶縁体,スピン自由度において反強磁性やスピンパイエルス状態など、さまざまな電子相及び電子-格子結合相の競合や共存が観測され盛んに研究されている。このような多様性は一電子バンド構造がほとんど同様であるにもかかわらず出現しているため、強い電子相関及び電子格子相互作用に起因していると考えられる。本研究では、包括的なモデル:
を構築し有限温度におけるさまざまな熱力学量を計算する。ここで第一項
は一次元鎖内における拡張ハバードモデルであり、第二項
は鎖間のクーロン斥力及びスピン交換相互作用を表す。第三項
は電子格子相互作用であり、パイエルス型(サイト間のホッピングとの結合)及びホルスタイン型(サイト上の電荷密度との結合)を考える。これに対し二つの数値的手法を相補的に適用する。鎖間相互作用を平均場として考慮した有効一次元モデルに対する数値的転送行列法、及び鎖間相互作用及び格子変位の熱揺らぎを直に取り入れることのできるSSEモンテカルロ法である。本講演ではこれらによって得られた数値計算の結果と、実験結果を比較することにより、上記物質系で見られるさまざまな相転移現象を考察する。
妹尾 仁嗣; 加藤 岳生*; 求 幸年*
no journal, ,
擬一次元分子性導体の有限温度における物性を理論的に調べる。これらの物質群では、例えば電荷自由度において電荷秩序やダイマー型モット絶縁体,スピン自由度において反強磁性やスピンパイエルス状態などさまざまな電子格子複合相が発見され、盛んに研究されている。このような多様性は一電子バンド構造がほとんど同様であるにもかかわらず出現しているため、強い電子相関及び電子格子相互作用に起因していると考えられる。本研究では、包括的な擬一次元電子格子複合モデルを構築し有限温度におけるさまざまな熱力学量を計算する。これに対し二つの数値的手法を相補的に適用する。鎖間相互作用を平均場として考慮した有効一次元モデルに対する数値的転送行列法、及び鎖間相互作用及び格子変位の熱揺らぎを直に取り入れることのできるSSEモンテカルロ法である。本講演ではこれらによって得られた数値計算の結果と、実験結果を比較することにより、上記物質系で見られるさまざまな相転移現象を考察する。
妹尾 仁嗣; 加藤 岳生*; 求 幸年*
no journal, ,
擬一次元分子性導体の有限温度における物性を理論的に調べる。これらの物質群では、例えば電荷自由度において電荷秩序やダイマー型モット絶縁体,スピン自由度において反強磁性やスピンパイエルス状態などさまざまな電子格子複合相が発見され、盛んに研究されている。このような多様性は一電子バンド構造がほとんど同様であるにもかかわらず出現しているため、強い電子相関及び電子格子相互作用に起因していると考えられる。本研究では、包括的な擬一次元電子格子複合モデルを構築し有限温度におけるさまざまな熱力学量を計算する。これに対し鎖間相互作用を平均場として考慮した有効一次元モデルに対する数値的転送行列法を適用する。本講演ではこれらによって得られた数値計算の結果と、実験結果を比較することにより、上記物質系で見られるさまざまな相転移現象を考察する。
妹尾 仁嗣; 加藤 岳生*; 求 幸年*
no journal, ,
DCNQIやTMTTF等の擬一次元分子性導体のさまざまな電子相及び電子格子結合相を理論的に調べる。1/4-filledバンドを持つ電子格子結合モデル: 
を考慮する。
は鎖内拡張ハバードモデル、
は鎖間クーロン斥力項、は電子格子相互作用である。に平均場近似を、
中の格子自由度は熱揺らぎを無視し古典変数として取り扱う近似により有効一次元モデルを構築し、数値的転送行列法を用いて有限温度における熱力学量を計算した。鎖内及び鎖間のクーロン力やホルスタイン型電子格子結合が大きいと電荷秩序転移を、パイエルス型電子格子結合が大きいとダイマー型モット絶縁体転移を起こすことがわかった。両者の場合とも、相転移温度において電荷感受率にキンクが現れ低温に向かって減少していくが、対照的にスピン感受率は相転移温度付近においてなんら異常を示さない。また、極性を有する両者の共存状態が安定する領域が新たに見つかった。
