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論文

Spin caloric effects in antiferromagnets assisted by an external spin current

Gomonay, O.*; 山本 慧; Sinova, J.*

Journal of Physics D; Applied Physics, 51(26), p.264004_1 - 264004_9, 2018/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:37.49(Physics, Applied)

反強磁性体における新奇スピン熱現象開拓のため、本稿では印可されたスピン流の存在下における熱励起されたマグノンの性質を調べる。まずスピン蓄積による熱流の生成、すなわちスピンペルチエ効果が立方晶、あるいは一軸結晶の対称性を持つ反強磁性体で生じることを予言する。この効果はマグノン緩和時間がスピン流によってマグノンのスピン分極方向に対する依存性を獲得することに由来する。このペルチエ効果は反強磁性磁壁の運動を駆動し、その駆動力は物質の温度が上昇するにつれて大きくなる。またスピン流がマグノンスピンゼーベック効果を誘起することも示す。

論文

Spin transfer torques and spin-dependent transport in a metallic F/AF/N tunneling junction

山本 慧; Gomonay, O.*; Sinova, J.*; Schwiete, G.*

Physical Review B, 98(1), p.014406_1 - 014406_24, 2018/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:59.26(Materials Science, Multidisciplinary)

We study spin-dependent electron transport through a ferromagnetic-antiferromagnetic-normal metal tunneling junction, in the absence of spin-orbit coupling. We derive microscopic formulas for various types of spin torque acting on the antiferromagnet as well as for charge and spin currents flowing through the junction. The obtained results are applicable in the limit of slow magnetization dynamics. We identify a parameter regime in which an unconventional damping-like torque can become comparable in magnitude to the conventional Slonczewski's torque familiar from ferromagnets. Moreover, we show that the antiferromagnetic sublattice structure opens up a channel of electron transport which does not have a ferromagnetic analog and that this mechanism leads to a pronounced field-like torque. Both charge conductance and spin current transmission through the junction depend on the relative orientation of the ferromagnetic and the antiferromagnetic order parameters.

論文

Spin-transfer torques in antiferromagnetic textures; Efficiency and quantification method

山根 結太*; 家田 淳一; Sinova, J.*

Physical Review B, 94(5), p.054409_1 - 054409_8, 2016/08

AA2016-0164.pdf:0.5MB

 被引用回数:10 パーセンタイル:27.32(Materials Science, Multidisciplinary)

反強磁性体におけるスピントランスファートルクの理論を定式化し、交換相互作用エネルギーが磁気副格子間の電子ダイナミクスの運動エネルギーに対して大きい場合と小さい場合の両者を取り扱う。本理論により、反強磁性体におけるスピントランスファートルクの効率が明確に定義された物質パラメータを用いて自然に導入される。この結果、電流は交換相互作用が相対的に大きな場合は反強磁性秩序関数と、逆に小さな場合は副格子傾斜磁化と、それぞれより強く結合することが判明した。またこの効果は、電流存在下での反強磁性スピン波分散関係の解析により定量化できる。特に、交換相互作用が相対的に大きな極限では、スピン波のドップラー効果が常に生じるのに対し、その逆の極限では副格子傾斜磁化が顕著となるようなモードにおいてのみ電流に対する応答が生じる。これらの知見は、入れ子構造や層状構造など様々な副格子構造をもつ反強磁性体におけるスピントランスファートルクの理解と設計に対する枠組みを与える。

論文

Electric voltage generation by antiferromagnetic dynamics

山根 結太*; 家田 淳一; Sinova, J.*

Physical Review B, 93(18), p.180408_1 - 180408_5, 2016/05

 被引用回数:10 パーセンタイル:27.32(Materials Science, Multidisciplinary)

We theoretically demonstrate dc and ac electric voltage generation due spinmotive forces originating from domain wall motion and magnetic resonance, respectively, in two-sublattice antiferromagnets. Our theory accounts for the canting between the sublattice magnetizations, the nonadiabatic electron spin dynamics, and the Rashba spin-orbit coupling. We predict that the spinmotive force can of the order of millivolt, several orders larger than their ferromagnetic counterparts. This work suggests a new way to observe and explore the dynamics of antiferromagnetic textures by electrical means.

論文

Spinmotive force due to motion of magnetic bubble arrays driven by magnetic field gradient

山根 結太*; Hemmatiyan, S.*; 家田 淳一; 前川 禎通; Sinova, J.*

Scientific Reports (Internet), 4, p.6901_1 - 6901_5, 2014/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:71.27(Multidisciplinary Sciences)

局在磁化と電動電子の相互作用は、磁性材料における多彩な現象の源となっている。最近、磁化の時間的・空間的変化がスピン流とそれに伴う電圧を生成することが示された。この、スピン起電力と名付けられた効果は、次期構造の運動とその性質を探索する上で強力な方法であると同時に、起電力生成の新機構を与えるものである。本論文では、磁場勾配のもとにおかれた磁気バブル配列の系が電圧を生成することを理論的に明らかにする。発生する電圧の理論式を導出することで、電流駆動磁化ダイナミクスにおける非断熱性を記述する現象論的パラメータ$$beta$$の値を直接測定する手段を与える。このスピン起電力によって、磁場勾配を利用した新しいタイプのスピントロニクス素子開発への扉が開かれる。

論文

Electric control of the spin Hall effect by intervalley transitions

岡本 尚也*; 紅林 秀和*; Trypiniotis, T.*; Farrer, I.*; Ritchie, D. A.*; 齊藤 英治; Sinova, J.*; Ma$v{s}$ek, J.*; Jungwirth, T.*; Barnes, C.*

Nature Materials, 13(10), p.932 - 937, 2014/10

 被引用回数:23 パーセンタイル:18.1(Chemistry, Physical)

Controlling spin-related material properties by electronic means is a key step towards future spintronic technologies. The spin Hall effect has become increasingly important for generating, detecting and using spin currents, but its strength-quantified in terms of the SHE angle-is ultimately fixed by the magnitude of the spin-orbit coupling present for any given material system. However, if the electrons generating the SHE can be controlled by populating different areas of the electronic structure with different SOC characteristic the SHE angle can be tuned directly within a single sample. Here we report the manipulation of the SHE in bulk GaAs at room temperature by means of an electrical intervalley transition induced in the conduction band. The spin Hall angle was determined by measuring an electromotive force driven by photoexcited spin-polarized electrons drifting through GaAs Hall bars. By controlling electron populations in different valleys, we manipulated the angle from 0.0005 to 0.02. This change by a factor of 40 is unprecedented in GaAs and the highest value achieved is comparable to that of the heavy metal Pt.

口頭

磁場勾配により駆動された磁気バブル配列の運動によるスピン起電力

家田 淳一; 山根 結太*; Hemmatiyan, S.*; Sinova, J.*; 前川 禎通

no journal, , 

磁場勾配のもとにおかれた磁気バブル配列が電圧(スピン起電力)を生成することを示す。発生する電圧の理論式を導出し、電流駆動磁化ダイナミクスにおける非断熱性を記述する現象論的パラメータ$$beta$$の値を直接測定する手段を与える。このスピン起電力によって、磁場勾配を利用した新しいタイプのスピントロニ クス素子開発への扉が開かれる。

口頭

Spin transport in metallic antiferromagnetic textures; Interplay of inter-sublattice mixing and s-d exchange interaction

家田 淳一; 山根 結太*; Sinova, J.*

no journal, , 

近年、反強磁性物質が技術応用上の興味を集めている。ここで、反強磁性金属におけるスピン伝導を理解するうえでは強磁性体ベースのスピントロニクスで重要な役割を果たしていたs-d交換相互作用に加え、副格子の自由度を考慮する必要がある。本講演では、それらを考慮することで、反強磁性磁壁の運動や反強磁性共鳴により電圧生成が可能であることを理論的に明らかにする。この結果は、反強磁性体の運動を電気的に検出する新しい手法を提供するため、今後の反強磁性スピントロニクスの展開において重要な役割を果たすことが期待される。また、同様の手法により、反強磁性体におけるスピントランスファートルクの定式化を行う。電子と磁化の交換相互作用と副格子間の電子ダイナミクスを競合するモデルパラメータとして、それぞれが支配的となる二つの極限について調査した。本成果は様々な形態の反強磁性物質におけるスピントルクを定量化する手段を与える。

口頭

反強磁性ダイナミクスによるスピン起電力

家田 淳一; 山根 結太*; Sinova, J.*

no journal, , 

近年、反強磁性体を舞台としたスピントロニクス現象に注目が集まっている。特に、反強磁性ダイナミクスの電気的制御と検出という観点から、スピントルクやスピン起電力など、これまで強磁性体において確立し主要な役割を担っていた概念の再検討が重要な課題となる。理論的にも既にいくつかのアプローチが提案されているが、未だ十分なコンセンサスが得られてはいない。本研究では、反強磁性磁気構造のダイナミクスによるスピン起電力を理論的に検討する。先行研究において考慮されていなかった、副格子磁化の傾角性(有限の磁化の存在)、電子スピンと副格子磁化の交換相互作用における非断熱性、ラシュバスピン軌道相互作用の効果を取り込む。磁壁磁場駆動と反強磁性共鳴を具体的に取り上げ反強磁性単体から電圧生成が可能であることを示す。これらは反強磁性ダイナミクスの電気的な検出方法を与えるものとして有益であり、スピン起電力の出力増大に向けた物質探索の可能性を広げるものでもある。

口頭

Transport properties of antiferromagnetic tunneling junctions

山本 慧; Gomonay, O.*; Sinova, J.*; Schwiete, G.*

no journal, , 

本研究では、強磁性体-反強磁性体-常磁性金属からなるトンネル接合を非平衡グリーン関数の方法を用いて調べ、種々のスピントルクおよび電荷とスピンの伝導度に対する微視的な公式を導出する。異なるタイプのトルクの間の大小関係とそのトンネル確率依存性を発表する。またこれらのトルクが磁化の運動に及ぼす影響も議論する。さらに電荷とスピンの透過率が強磁性体と反強磁性体の秩序変数の間の角に依存することを示し、その応用可能性について議論する。

口頭

Electrical conductivity of antiferromagnetic Dirac quasi-particles

山本 慧; Smejkal, L.*; Jungwirth, T.*; Sinova, J.*

no journal, , 

We study the influence of a change in Neel vector orientation on electrical conductivity in antiferromagnetic Dirac nodal-point and nodal-line semimetals. In certain PT symmetric antiferromagnetic materials, such as CuMnAs, protected anti-crossings occur when the Neel vector is oriented along a crystallographic high-symmetry axis. By an explicit computation for model tight-binding Hamiltonians, we demonstrate that the transition between gapless and gapped phases mediated by the rotation of Neel vector manifests itself in a strong orientation dependence o electrical conductivity.

口頭

Theory of spin-transfer torques in antiferromagnetic textures

家田 淳一; 山根 結太*; Sinova, J.*

no journal, , 

We present a theory of spin-transfer torques in textured antiferromagnets considering the small and large limits of the exchange coupling energy relative to the kinetic energy of the inter-sublattice electron dynamics. Our theory suggests a natural definition of the efficiency of spin-transfer torques in antiferromagnets in terms of well-defined material parameters, revealing that the charge current couples predominantly to the antiferromagnetic order parameter and the sublattice-canting moment in, respectively, the limits of large and small exchange coupling. The effect leads to antiferromagnetic domain wall motion and the characteristic Doppler shift in the antiferromagnetic spin-wave dispersions. The same formalism also predicts a cross effect of magnetic field gradient and charge current on a antiferromagnetic domain wall motion. The findings offer a framework for understanding and designing spin-transfer torques in antiferromagnets belonging to different classes of sublattice structures.

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