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論文

The Damage analysis for irradiation tolerant spin-driven thermoelectric device based on single-crystalline Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$/Pt heterostructures

家田 淳一; 岡安 悟; 針井 一哉*; 小畠 雅明; 吉井 賢資; 福田 竜生; 石田 真彦*; 齊藤 英治

IEEE Transactions on Magnetics, 58(8), p.1301106_1 - 1301106_6, 2022/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Engineering, Electrical & Electronic)

スピンゼーベック効果(SSE)に基づくスピン駆動熱電(STE)デバイスと、熱源としての放射性同位元素の組み合わせは、宇宙探査機の電源などの応用における次世代の発電方法としての可能性を秘めている。しかし、スピン熱電デバイスの照射耐性を示す利用可能な知識は非常に限られている。重イオンビーム加速器と硬X線光電子分光法(HAXPES)測定を使用した分析を通じて、Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$/Ptヘテロ構造に基づく典型的なSTEデバイスが高エネルギー重イオンビームの照射に対する耐性を持つことを検証する。使用済み核燃料の表面から放出される核分裂生成物による累積損傷をモデル化した320MeVの金イオンビームを使用し、線量レベルを変えることにより、SSE要素の熱電および磁気特性が$$10^{10}$$イオン/cm$$^2$$フルエンスまでのイオン照射線量の影響を受けず、イオントラックがサンプル表面をほぼ完全に覆う約$$10^{12}$$イオン/cm$$^2$$でSSE信号が消滅することを確認した。さらに、HAXPES測定は、Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$/Pt界面への影響を理解するために実行した。HAXPES測定は、SSE信号を減少させる化学反応が照射線量の増加とともに強化されることを示唆している。過酷な環境使用に適用できるより優れたSTEデバイスを開発するために、Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$/Ptで損傷分析の現在の理解を共有したい。

論文

Local bifurcation with spin-transfer torque in superparamagnetic tunnel junctions

舩津 拓也*; 金井 駿*; 家田 淳一; 深見 俊輔*; 大野 英男*

Nature Communications (Internet), 13, p.4079_1 - 4079_8, 2022/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Multidisciplinary Sciences)

外部摂動によるエネルギー配置の変調は、アレニウスの法則によって記述されるさまざまな熱活性化現象を支配している。スピン移行トルク(STT)によるナノスケールの磁気トンネル接合の熱ゆらぎの利用は、非従来型計算機の可能性を示しているものの、ネール・アレニウス則に基づくその厳密な表現については未解明な点がある。特に、その中の熱的に活性化されるスイッチング速度の指数は、10年の長い保持時間を持つ従来の熱的に安定なナノ磁石では到達できなかった。本研究では、外部摂動に対して高い感度を持つ超常磁性トンネル接合を利用することで、STTによるネール・アレニウス則に迫り、強磁性共鳴のホモダイン検出,ナノ秒STTスイッチング,ランダム電信ノイズなどのいくつかの独立した測定を通じて指数を決定する。さらに、結果がさまざまな物理システムで観察された局所分岐の概念によって包括的に記述されていることを示す。調査結果は、統計物理学の有用なテスターとしての超常磁性トンネル接合の能力、および厳密な数学的基盤を備えた確率的コンピューティングハードウェアの高度なエンジニアリングの可能性を示している。

論文

Large antisymmetric interlayer exchange coupling enabling perpendicular magnetization switching by an in-plane magnetic field

増田 啓人*; 関 剛斎*; 山根 結太*; Modak, R.*; 内田 健一*; 家田 淳一; Lau, Y.-C.*; 深見 俊輔*; 高梨 弘毅

Physical Review Applied (Internet), 17(5), p.054036_1 - 054036_9, 2022/05

 被引用回数:0

反対称層間交換結合(AIEC)が最近発見され、人工反強磁性体(SAF)の傾角磁化の誘起を通じた磁化スイッチングにおいて極めて重要な役割を果たしている。本研究では、くさび形の層を持つ垂直磁化多層膜Pt/Co/Ir/Co/Ptにおける大きなAIECを報告をする。AIECの有効磁場は、対称的な層間交換結合に関連しており、AIECを強化するための指針を提供する。SAFに対する拡張Stoner-Wohlfarthモデルを開発し、その磁化スイッチングの重要な要素を明らかにする。理論的知識と実験結果を組み合わせることで、面内磁場のみによる垂直磁化スイッチングが達成される。

論文

Observation of domain structure in non-collinear antiferromagnetic Mn$$_3$$Sn thin films by magneto-optical Kerr effect

内村 友宏*; Yoon, J.-Y.*; 佐藤 佑磨*; 竹内 祐太郎*; 金井 駿*; 武智 涼太*; 岸 桂輔*; 山根 結太*; DuttaGupta, S.*; 家田 淳一; et al.

Applied Physics Letters, 120(17), p.172405_1 - 172405_5, 2022/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:68.77(Physics, Applied)

We perform a hysteresis-loop measurement and domain imaging for $$(1100)$$-oriented $$D0_{19}$$-Mn$$_{3+x}$$Sn$$_{1-x}$$ $$(-0.11 le x le 0.14)$$ thin films using magneto-optical Kerr effect (MOKE) and compare it with the anomalous Hall effect (AHE) measurement. We obtain a large Kerr rotation angle of 10 mdeg., comparable with bulk single-crystal Mn$$_3$$Sn. The composition $$x$$ dependence of AHE and MOKE shows a similar trend, suggesting the same origin, i.e., the non-vanishing Berry curvature in the momentum space. Magnetic domain observation at the saturated state shows that x dependence of AHE and MOKE is explained by an amount of reversible area that crucially depends on the crystalline structure of the film. Furthermore, in-depth observation of the reversal process reveals that the reversal starts with nucleation of sub-micrometer-scale domains dispersed in the film, followed by a domain expansion, where the domain wall preferentially propagates along the $$[11bar{2}0]$$ direction. Our study provides a basic understanding of the spatial evolution of the reversal of chiral-spin structure in non-collinear antiferromagnetic thin films.

論文

Theory of Emergent Inductance with Spin-Orbit Coupling Effects

山根 結太*; 深見 俊輔*; 家田 淳一

Physical Review Letters, 128(14), p.147201_1 - 147201_6, 2022/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Multidisciplinary)

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。

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:0 パーセンタイル:0(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

Magnetic Bragg peak enhancement under ultrasound injection

社本 真一*; 赤津 光洋*; 松浦 直人*; 河村 聖子; 針井 一哉*; 小野 正雄*; Chang, L.-J.*; 伊藤 孝; 根本 祐一*; 家田 淳一

Physical Review Research (Internet), 4(1), p.013245_1 - 013245_7, 2022/03

イットリウム鉄ガーネットの磁気ブラッグピークに対する超音波注入効果を、準弾性中性子散乱によって研究した。磁気ブラッグピークは、温度の低下とともに大幅に強化さる。エネルギー幅は、超音波注入によって引き起こされる試料温度上昇の平方根に比例して増加した。磁気ブラッグピークは格子振動によって増強されることから、この増強はスピン-格子結合と密接に関連していると予想される。縦波モードで100Kを超えると観測された急激な散乱信号の低下は、スピン-格子結合の劣化を示唆している。これは、温度が100Kを超えるとスピンゼーベック効果が低下することと一致しており、スピン-格子結合による劣化メカニズムに証明を与えている。

論文

Intrinsic torques emerging from anomalous velocity in magnetic textures

荒木 康史; 家田 淳一

Physical Review Letters, 127(21), p.277205_1 - 277205_7, 2021/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:32.62(Physics, Multidisciplinary)

強いスピン-軌道相互作用の下での電子系には、運動量空間内のトポロジーが発現する。この電子系トポロジーは磁性体中の磁気構造に対して、乱れや熱揺らぎに影響されない電場誘起トルクを与える。本研究では現象論的なトルクの分類に基づき、バンドトポロジーとトルクの間の直接的な関係を示す。内因性異常ホール効果と同様に、トルクにもまた、非平衡輸送電流に依らず異常速度に起因した内因的効果が現れる。特に本論文では、磁気構造内でのみ現れる内因的トルクの存在を明らかにし、これを「トポロジカルホールトルク(THT)」と呼ぶ。このTHTはバルク結晶中で現れ、界面や表面といった構造を用いる必要がないものである。数値モデルの計算に基づき、金属強磁性体中での従来のスピン移行トルクと比較して、このTHTは非常に大きなトルクを与えることを明らかにする。特に金属強磁性体$$mathrm{SrRuO_3}$$における実験で報告されていた巨大な電流誘起トルクは、このTHTとして理解できることを示す。

論文

Chiral-spin rotation of non-collinear antiferromagnet by spin-orbit torque

竹内 祐太郎*; 山根 結太*; Yoon, J.-Y.*; 伊藤 隆一*; 陣内 佛霖*; 金井 駿*; 家田 淳一; 深見 俊輔*; 大野 英男*

Nature Materials, 20(10), p.1364 - 1370, 2021/10

 被引用回数:35 パーセンタイル:98.55(Chemistry, Physical)

Electrical manipulation of magnetic materials by current-induced spin torque constitutes the basis of spintronics. Recent studies have demonstrated electrical controls of ferromagnets and collinear antiferromagnets by spin-orbit torque (SOT). Here we show an unconventional response to SOT of a non-collinear antiferromagnet, which has recently attracted great attention owing to large anomalous Hall effect despite vanishingly small net magnetization. In heterostructures with epitaxial non-collinear antiferromagnet Mn$$_3$$Sn, we observe a characteristic fluctuation of Hall resistance, which is attributed to a persistent rotation of chiral-spin structure of Mn$$_3$$Sn driven by SOT. We find that level of the fluctuation that varies with sample size represents the number of magnetic domains of Mn$$_{3}$$Sn. In addition, Mn$$_3$$Sn thickness dependence of critical current reveals that SOT generated by small current density below 20 MA cm$$^{-2}$$ effectively acts on the chiral-spin structure even in thick Mn$$_3$$Sn above 20 nm. The results provide unprecedented pathways of electrical manipulation of magnetic materials, offering new-concept spintronics devices with unconventional functionalities and low-power consumption.

論文

Correlation of anomalous Hall effect with structural parameters and magnetic ordering in Mn$$_{3+x}$$Sn$$_{1-x}$$ thin films

Yoon, J.-Y.*; 竹内 祐太郎*; DuttaGupta, S.*; 山根 結太*; 金井 駿*; 家田 淳一; 大野 英男*; 深見 俊輔*

AIP Advances (Internet), 11(6), p.065318_1 - 065318_6, 2021/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:74.32(Nanoscience & Nanotechnology)

We investigate the relationship between structural parameters, magnetic ordering, and the anomalous Hall effect (AHE) of Mn$$_{3+x}$$Sn$$_{1-x}$$ ($$-0.42 le x le +0.23$$) thin films annealed at various temperature $$T_a$$. The crystal structure changes with $$x$$ and $$T_a$$ and at $$T_a ge 500$$ $$^circ$$C near the stoichiometric composition ($$-0.08 le x le +0.04$$) epitaxial single-phase $$D$$0$$_{19}$$-Mn$$_{3+x}$$Sn$$_{1-x}$$($$10bar{1}0$$) is obtained. At room temperature, a larger AHE is obtained when the single-phase epitaxial Mn$$_3$$Sn with the lattice constant closer to that of bulk is formed. The temperature dependence of the AHE shows different behaviors depending on $$T_a$$ and can be explained by considering the variation of magnetic ordering. A close inspection into the temperature and composition dependence suggests a variation of magnetic phase transition temperature with composition and/or a possible correlation between the AHE and Fermi level position with respect to the Weyl points. Our comprehensive study would provide the basis for utilizing the unique functionalities of non-collinear antiferromagnetic materials.

論文

Intrinsic and extrinsic tunability of Rashba spin-orbit coupled emergent inductors

家田 淳一; 山根 結太*

Physical Review B, 103(10), p.L100402_1 - L100402_5, 2021/03

 被引用回数:8 パーセンタイル:83.2(Materials Science, Multidisciplinary)

The emergent induction of spiral magnets that was proposed [Nagaosa, Jpn. J. Appl. Phys. 58, 120909 (2019)] and recently demonstrated [Yokouchi et al., Nature 586, 232 (2020)] is shown to be further extended by a comprehensive treatment of the Rashba spin-orbit coupling and the electron spin relaxation that affect the underlying processes of spin-transfer torque and spinmotive force. Within adiabatic approximation, we show that the output voltages are widely altered intrinsically via the Rashba effect whereas extrinsically via the nonadiabatic correction due to the spin relaxation and sample disorder. The findings respectively clarify the origins for the amplitude modulation and sign change of the emergent inductance with tunability by electrical gating and careful sample preparation.

論文

Spin-orbit-induced Ising ferromagnetism at a van der Waals interface

松岡 秀樹*; Barnes, S. E.*; 家田 淳一; 前川 禎通; Bahramy, M. S.*; Saika, B. K.*; 竹田 幸治; 和達 大樹*; Wang, Y.*; 吉田 訓*; et al.

Nano Letters, 21(4), p.1807 - 1814, 2021/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:86.04(Chemistry, Multidisciplinary)

Magnetocrystalline anisotropy, a key ingredient for establishing long-range order in a magnetic material down to the two-dimensional (2D) limit, is generally associated with spin-orbit interaction (SOI) involving a finite orbital angular momentum. Here we report strong out-of-plane magnetic anisotropy without orbital angular momentum, emerging at the interface between two different van der Waals (vdW) materials, an archetypal metallic vdW material NbSe$$_{2}$$ possessing Zeeman-type SOI and an isotropic vdW ferromagnet V$${}_5$$Se$${}_8$$. We found that the Zeeman SOI in NbSe$$_{2}$$ induces robust out-of-plane magnetic anisotropy in V$$_{5}$$Se$$_{8}$$ down to the 2D limit with a more than 2-fold enhancement of the transition temperature. We propose a simple model that takes into account the energy gain in NbSe$$_{2}$$ in contact with a ferromagnet, which naturally explains our observations. Our results demonstrate a conceptually new magnetic proximity effect at the vdW interface, expanding the horizons of emergent phenomena achievable in vdW heterostructures.

論文

Broken C$$_{4}$$ symmetry in the tetragonal state of uniaxial strained BaCo$$_{0.9}$$Ni$$_{0.1}$$S$$_{1.9}$$

社本 真一; 山内 宏樹; 池内 和彦*; 梶本 亮一; 家田 淳一

Physical Review Research (Internet), 3(1), p.013169_1 - 013169_9, 2021/02

A compound with large anions is known to show large compressibility whereby a novel response may emerge from the degenerated state by a uniaxial pressure. Neutron scattering study of BaCo$$_{0.9}$$Ni$$_{0.1}$$S$$_{1.9}$$ crystal reveals that the tetragonal insulating state has two magnetic domains with in-plane anisotropic antiferromagnetic wave vectors $$bf Q_1$$=($$pi$$, 0) and $$bf Q_2$$=(0, $$pi$$). One magnetic domain with $$bf Q_2$$ becomes dominant under a weak uniaxial pressure of 1 MPa without a structural phase transition. Correspondingly, the in-plane broken C$$_{4}$$ symmetry is observed in the in-plane magnetic excitation. The domain-ratio changes under a uniaxial pressure in the tetragonal state is only slightly smaller than that in the orthorhombic state.

論文

エネルギーの将来 「スピントロニクス」の挑戦

家田 淳一

FBNews, (528), p.1 - 5, 2020/12

現在の技術のまま、まったく省エネルギー対策がなされない場合、情報関連だけで2030年には年間42PWh、2050年には5,000PWhと、現在の世界の総消費電力の約24PWhを大きく上回るとも予測されている。すなわち、技術進歩なしでは情報関連だけで世界の全てのエネルギーを食い尽くしてもまだ不足するという恐るべき事態が迫りつつある。「センサー1兆個の社会が到来する」ともいわれる将来、その電源をどうやって確保するか。この課題は、われわれの生活を維持するうえで実に重要なテーマである。そこで、電子の隠れた特徴「スピン」を活用する技術に注目が集まっている。スピンの性質を解き明かすとともに、その有用性を見出し、情報化社会に貢献するための研究が進められている。本稿では、このスピンを利用する技術「スピントロニクス」が、将来のエネルギー利用にもたらすと期待される技術進歩の可能性について紹介する。

論文

Tolerance of spin-Seebeck thermoelectricity against irradiation by swift heavy ions

岡安 悟; 針井 一哉*; 小畠 雅明; 吉井 賢資; 福田 竜生; 石田 真彦*; 家田 淳一; 齊藤 英治

Journal of Applied Physics, 128(8), p.083902_1 - 083902_7, 2020/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:9.89(Physics, Applied)

The ion-irradiation tolerance of thermoelectric devices based on the spin Seebeck effect (SSE) was investigated by using 320 MeV gold ion (Au$$^{24+}$$) beams modeling cumulative damages due to fission products emitted from the surface of spent nuclear fuels. For this purpose, prototypical Pt/Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$/Gd$$_3$$Ga$$_5$$O$$_{12}$$ SSE elements were irradiated with varying the dose level at room temperature and measured the SSE voltage of them. We confirmed that the thermoelectric and magnetic properties of the SSE elements are not affected by the ion-irradiation up to $$10^{10}$$ ions/cm$$^2$$ fluence and that the SSE signal is extinguished around $$10^{12}$$ ions/cm$$^2$$, in which the ion tracks almost fully cover the sample surface. We also performed the hard X-ray photoemission spectroscopy (HAXPES) measurements to understand the effects at the interface of Pt/Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$. The HAXPES measurements suggest that the chemical reaction that diminishes the SSE signals is enhanced with the increase of the irradiation dose. The present study demonstrates that SSE-based devices are applicable to thermoelectric generation even in harsh environments for a long time period.

論文

Ultralow-energy magnon anomaly in yttrium iron garnet

社本 真一; 安井 幸夫*; 松浦 直人*; 赤津 光洋*; 小林 義明*; 根本 祐一*; 家田 淳一

Physical Review Research (Internet), 2(3), p.033235_1 - 033235_6, 2020/08

イットリウム鉄ガーネット結晶の超低エネルギーマグノンを、非弾性中性子散乱によって45$$mu$$eV以下のエネルギー範囲で調べたところ、[111]方向に約0.1Tの磁場が印加した場合に、10Kで超低エネルギーのマグノン異常を発見した。

論文

最先端の研究開発,日本原子力研究開発機構,3; 原子科学の最先端を拓く

Orlandi, R.; 廣瀬 健太郎; 矢板 毅; 山上 浩志; 家田 淳一; 神戸 振作; 石川 法人

日本原子力学会誌ATOMO$$Sigma$$, 62(5), p.280 - 284, 2020/05

先端基礎研究センターで行っている研究を紹介する。(1)人工元素アインスタイニウムを用いた実験(安定の島に向かう超重原子核の核分裂と電子軌道のイオン半径)、(2)電子のスピンを駆使した新しいエネルギー変換仕組み、(3)磁場に負けない超伝導、(4)放射線環境中のセラミックスがもつ自己修復能力

論文

Electric field effect on the magnetic domain wall creep velocity in Pt/Co/Pd structures with different Co thicknesses

小山 知弘*; 家田 淳一; 千葉 大地*

Applied Physics Letters, 116(9), p.092405_1 - 092405_5, 2020/03

AA2019-0550.pdf:0.91MB

 被引用回数:3 パーセンタイル:31.66(Physics, Applied)

The electric field (EF) modulation of magnetic domain wall (DW) creep velocity $$v$$ in Pt/Co/Pd structure with perpendicular magnetic anisotropy (MA) has been studied. The structures with different Co thickness $$t_mathrm{Co}$$ up to $$sim 1$$ nm are investigated. In all samples, applying a gate voltage induces a clear change in $$v$$. Thicker samples provide a higher $$v$$ modulation efficiency, and the $$v$$ modulation magnitude of more than a factor of 100 times is observed in the thickest $$t_mathrm{Co}$$ of 0.98 nm. The parameter characterizing the creep motion is significantly affected by the EF, resulting in the modulation of $$v$$. Unlike the $$v$$ case, the MA modulation efficiency decreases with increasing $$t_mathrm{Co}$$. The present results are discussed based on the EF-induced change in the interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction (iDMI), which has been recently demonstrated in the same structure, and $$t_mathrm{Co}$$ dependence of the DW energy. The $$t_mathrm{Co}$$ dependence of the $$v$$ modulation suggests that the EF effect on the iDMI is more important than the MA.

論文

Hard X-ray photoelectron spectroscopy study of Pt/Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$

小畠 雅明; 吉井 賢資; 福田 竜生; 川崎 郁斗; 岡根 哲夫; 山上 浩志; 矢板 毅; 針井 一哉; 家田 淳一; 岡安 悟; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 30, p.011192_1 - 011192_6, 2020/03

スピンゼーベック効果を示す系として注目されているPt/Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$(YIG)系に対し、放射光を用いた硬X線光電子分光(HAXPES)により表面及び界面の電子状態測定を行った。本系ではスピンゼーベック効果のほかに特異な性質を示すことが報告されている。例えば、外部磁場が存在しない状況でもホール効果を発現する。この起源として、YIG中のFe$$^{3+}$$イオンがPt膜に染み出し、磁性を持つ金属間化合物を生成している可能性が提案されている。そこでHAXPESの分析深さを利用し、界面近傍の鉄イオン等の電子状態を測定した。Ptの厚みが2nm, 5nm, 8nm, 10nmの試料を測定したところ、2nmと5nmの試料において鉄イオンの分析を行うことができた。Fe 1s光電子スペクトルからは、鉄イオンが3+のものと金属的な0価に近い2つの状態が存在することが判明し、上記の可能性を支持する結果が得られた。Pt 4fやO 1sスペクトルなども測定しており、詳しい結果は当日報告する。

論文

Skyrmion-generated spinmotive forces in inversion broken ferromagnets

山根 結太*; 家田 淳一

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 491, p.165550_1 - 165550_5, 2019/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:6.62(Materials Science, Multidisciplinary)

We present an analytical study on the spinmotive force (SMF) generated by translational motion of magnetic skyrmion. A SMF refers to an electrical voltage induced by dynamical magnetic textures, which reflects the spatiotemporal variation of the magnetization. The dynamics of a skyrmion thus can be detected by a SMF measurement, which may play an important role in future skyrmion-based technologies. We find the dependence of the SMF on skyrmion structure (e.g., skyrmion or anti-skyrmion, Neel or Bloch type, and the polarity of the skyrmion core) and Rashba and Dresselhaus spin-orbit couplings (SOCs). To this end, we derive explicit formulae for the spin-dependent electric fields originating from the two SOCs. Our findings offer a comprehensive understanding of the phenomenon and an estimation of the electrical voltage signal associated with a moving skyrmion for a given experiment.

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