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論文

Observation of topological Hall torque exerted on a domain wall in the ferromagnetic oxide SrRuO$$_3$$

山ノ内 道彦*; 荒木 康史; 酒井 貴樹*; 植村 哲也*; 太田 裕道*; 家田 淳一

Science Advances (Internet), 8(15), p.eabl6192_1 - eabl6192_6, 2022/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:75.68(Multidisciplinary Sciences)

強磁性ワイル金属SrRuO$$_3$$における、電流によって磁壁に作用する大きな有効磁場$$H_mathrm{eff}$$を報告する。電流密度に対する$$H_mathrm{eff}$$の比率は、非単調な温度依存性を示し、従来のスピン移行トルクおよびスピン軌道トルクの比率を上回っていることが示される。この増強効果は、磁壁に電場が印加されたときに、ワイル点の周りに出現するワイル電子によって磁壁に作用するトポロジカルホールトルク(THT)によってよく説明される。電流密度に対するTHTから生じる$$H_mathrm{eff}$$の比率は、金属系で報告されているスピン移行トルクおよびスピン軌道トルクから生じるものよりも1桁以上高く、THTが スピントロニクスデバイスにおける磁化の操作においてエネルギー効率の良い方法を提供する可能性があることを示している。

論文

高空げき率多孔性材料を設置した円管流路の伝熱性能

一宮 浩一*; 武田 哲明; 植村 拓也*; 範国 哲也*

日本機械学会論文集,B, 72(723), p.2747 - 2752, 2006/11

本研究は、銅細線を多孔性材料として円管流路内に挿入し、空隙率が極めて1に近い状態で伝熱流動実験を行い、伝熱性能を評価するものである。その結果、代表長さとして水力学的相当直径を使用し、ヌセルト数,摩擦係数をレイノルズ数と空隙率との関係で整理することができた。さらに、これらの関係を使用して、多孔性材料の有無によるヌセルト数比を求めると低レイノルズ数で空隙率が1に近い方が効果的であることを明らかにした。エントロピー生成評価では、エントロピー生成量を最小にするレイノルズ数の存在を示し、低レイノルズ数で比較的低空隙率で使用すると効果的であることを明らかにした。

口頭

Temperature dependence of current-induced effective magnetic field acting on domain wall in SrRuO$$_{3}$$

酒井 貴樹*; 山ノ内 道彦*; 荒木 康史; 植村 哲也*; 太田 裕道*; 家田 淳一

no journal, , 

Current-induced domain wall (DW) motion is one of schemes for electrical manipulation of magnetization direction in spintronics devices. Current density required for the DW motion in a ferromagnetic oxide SrRuO$$_{3}$$ (SRO) is 1-2 orders of magnitude lower than that in ferromagnetic metals, and we have shown that the applied current acts as an effective magnetic field Heff on the DW in SRO. To elucidate the origin of the Heff, we investigated Heff in wide temperature range. The ratio of Heff acting on the DW to current increases with decreasing temperature around the ferromagnetic transition temperature, whereas it shows nonmonotonic temperature dependence at low temperatures. Since SRO has many Weyl points near Fermi level and transverse resistance shows nonmonotonic temperature dependence originating from Berry curvature arising from Weyl points, Weyl fermions can affect the DW motion.

口頭

Theory and observation of topological Hall torque emerging from band topology

荒木 康史; 山ノ内 路彦*; 酒井 貴樹*; 植村 哲也*; 家田 淳一

no journal, , 

We present our theoretical and experimental findings of the electric manipulation of magnetic textures enhanced by the electron topology. We first show the theory of the non-dissipative torques acting on magnetic textures, by classifying the electrically-induced spin torques phenomenologically. We propose the "topological Hall torque (THT)", which emerges from the combination of the anomalous velocity from the Berry curvature and the spin-momentum locking structure from the strong spin-orbit coupling (SOC). In contrast to the conventional spin-transfer torque (STT), which is driven by the transport current and suffers from energy dissipation by the Joule heating, the THT is capable of manipulating magnetic textures in a non-dissipative manner. The THT is present even in centrosymmetric crystals, such as the bulk WSMs. The emergence of the THT was verified experimentally, by measuring the current-induced magnetization switching in a ferromagnetic oxide SrRuO$$_{3}$$ (SRO). SRO becomes ferromagnetic below the transition temperature $$T_C sim$$ 147K. After preparing a domain wall (DW) in a film of SRO, we measured the effective magnetic field $$H_{eff}$$ exerted on the DW by a current in a wide temperature range. As a result, the measured $$H_{eff}$$ revealed a nonmonotonic temperature dependence at low temperature, and a large magnitude compared with that arising from the conventional STT and the spin-orbit torque. Those unconventional behaviors of $$H_{eff}$$ are successfully described by the THT, in connection with the large Berry curvature of the Weyl fermions present in SRO. The idea of the THT discussed here may help design the spintronics device highly efficient, from the viewpoint of band topology.

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