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論文

Optomagnonic Josephson effect in antiferromagnets

仲田 光樹

Physical Review B, 104(10), p.104402_1 - 104402_12, 2021/09

 被引用回数:0

光学的マグノンBarnett効果を活用することにより、反強磁性絶縁体中のネール磁気秩序相をスピン偏極させることができる。このスピン偏極由来の高周波マグノンを凝縮させて接合系を構成すると、非平衡マグノン凝縮体に特有の巨視的量子干渉効果により、スピンJosephson効果が創発することを理論的に解明した。特に、従来の強磁性絶縁体や反強磁性絶縁体中のネール磁気秩序相のものと比較して、スピンJosephson効果の振動周期が桁違いに短くなることを明らかにした。この理論的提案を具現化することにより、超高速スピン輸送を実現させることができると期待できる。

論文

Topological Hall effects of magnons in ferrimagnets

仲田 光樹; Kim, S. K.*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(8), p.081004_1 - 081004_10, 2021/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Physics, Multidisciplinary)

マグノンのトポロジカルホール効果について総括する。特に、強磁性絶縁体,反強磁性絶縁体,フェリ磁性絶縁体、それぞれのトポロジカル物性(例:スピンHall効果,スピンNernst効果,熱Hall効果)を解説し、幾何学的位相の観点から統一的な視点を与える。

論文

Neutron scattering study on yttrium iron garnet for spintronics

南部 雄亮*; 社本 真一

Journal of the Physical Society of Japan, 90(8), p.081002_1 - 081002_15, 2021/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Physics, Multidisciplinary)

スピントロニクス用イットリウム鉄ガーネットの中性子散乱研究について、長期課題2017L0300の"Cross correlation dynamics under a strain field"の成果を中心にSPECIAL TOPICSのReviewとしてまとめた。

論文

マグノンWiedemann-Franz則

仲田 光樹

固体物理, 56(8), p.429 - 439, 2021/08

マグノンを舞台とし、Bose粒子が満たす熱磁気法則「マグノンWiedemann-Franz (WF)則」を解説する。19世紀半ばあたりまで、熱を微小な粒子のようなものととらえる「熱素説」が信じられていた。1853年(嘉永6年)、黒船にのったペリーが浦賀に来航した年に、欧州ではWiedemannとFranzが、現在ではWF則として知られる普遍的熱電法則の礎となる、実験結果を報告した。このWF則は元来、Fermi統計に従う電子の物語である。それでは、Fermi粒子ではなく、Bose粒子の場合、対応する輸送法則は存在するのか。特にBose粒子版のWF則はどのように定式化され、どのような温度依存性を示すのか。この素朴で基礎的な問いについて、一つの知見を与え、総括する。

論文

Magnonic thermal transport using the quantum Boltzmann equation

仲田 光樹; 大沼 悠一*

Physical Review B, 104(6), p.064408_1 - 064408_8, 2021/08

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

従来のボルツマン方程式を量子場の理論の観点から拡張した量子ボルツマン方程式に基づき、マグノン熱輸送の量子力学的な性質を明らかにした。

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

Optomagnonic Barnett effect

仲田 光樹; 高吉 慎太郎*

Physical Review B, 102(9), p.094417_1 - 094417_11, 2020/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:62.13(Materials Science, Multidisciplinary)

いわゆる光学的Barnett効果[A. Rebei and J. Hohlfeld, Phys. Lett. A 372, 1915 (2008); J. Appl. Phys. 103, 07B118 (2008)], i.e., 円偏光レーザー誘起磁化成長[S. Takayoshi et al., Phys. Rev. B 90, 214413 (2014); S. Takayoshi et al., Phys. Rev. B 90, 085150 (2014)]をフェリ磁性絶縁体に応用し、THz領域におけるマグノン凝縮機構を微視的に解明した。これはBose統計に従うマグノンに特有の巨視的量子効果である。本研究が提供するTHzマグノン凝縮体を活用することで、従来の強磁性絶縁体中のものよりはるかに高速のスピン輸送「巨視的量子干渉効果によるJosephsonスピン流」を実現することができる。

論文

Giant spin hydrodynamic generation in laminar flow

高橋 遼*; 中堂 博之; 松尾 衛; 針井 一哉*; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Nature Communications (Internet), 11, p.3009_1 - 3009_6, 2020/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:54.33(Multidisciplinary Sciences)

Hydrodynamic motion can generate a flux of electron-spin's angular momentum via the coupling between fluid rotation and electron spins. Such hydrodynamic generation, called spin hydrodynamic generation (SHDG), has recently attracted attention in a wide range of fields, especially in spintronics. Spintronics deals with spin-mediated interconversion taking place on a micro or nano scale because of the spin-diffusion length scale. To be fully incorporated into the interconversion, SHDG physics should also be established in such a minute scale, where most fluids exhibit a laminar flow. Here, we report electric voltage generation due to the SHDG in a laminar flow of a liquid-metal mercury. The experimental results show a scaling rule unique to the laminar-flow SHDG. Furthermore, its energy con- version efficiency turns out to be about 105 greater than of the turbulent one. Our findings reveal that the laminar-flow SHDG is suitable to downsizing and to extend the coverage of fluid spintronics.

論文

Manipulation of saturation magnetization and perpendicular magnetic anisotropy in epitaxial Co$$_{x}$$Mn$$_{4-x}$$N films with ferrimagnetic compensation

伊藤 啓太*; 安富 陽子*; Zhu, S.*; Nurmamat, M.*; 田原 昌樹*; 都甲 薫*; 秋山 了太*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 小口 多美夫*; et al.

Physical Review B, 101(10), p.104401_1 - 104401_8, 2020/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:47.94(Materials Science, Multidisciplinary)

Spintronics devices utilizing a magnetic domain wall motion have attracted increasing attention, and ferrimagentic materials with almost compensated magnetic moments are highly required to realize the fast magnetic domain wall motion. Here, we report a key function for this purpose in anti-perovskite Co$$_{x}$$Mn$$_{4-x}$$N films. Perpendicular magnetization emerges for $$0.8 leq x$$, and the saturation magnetization reaches a minimum value at $$x = 0.8$$.

論文

Universal $$frac{1}{3}$$-suppression of magnonic shot noise in diffusive insulating magnets

仲田 光樹; 大沼 悠一*; 松尾 衛*

Physical Review B, 100(1), p.014406_1 - 014406_8, 2019/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:11.39(Materials Science, Multidisciplinary)

強磁性絶縁体接合系と比較し、不純物散乱をうける磁性絶縁体バルク中のマグノン流ノイズは$$frac{1}{3}$$に抑制されることを明らかにした。

論文

Laser control of magnonic topological phases in antiferromagnets

仲田 光樹; Kim, S. K.*; 高吉 慎太郎*

Physical Review B, 100(1), p.014421_1 - 014421_9, 2019/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:52.83(Materials Science, Multidisciplinary)

巨視的磁化が無いため これまでスピントロニクス分野で見落とされていた「Neel磁気秩序を有する反強磁性絶縁体」に着目し、マグノンに宿る「トポロジカル量子物性」の創発・発芽機構をFloquet理論の観点から理論的に確立・解明した。特に 「マグノン」に特有の「電場誘起の幾何学的位相」を活用し、「時間反転対称性により保護されたトポロジカル物性」の制御・デザイン方法を確立した。本研究により 反強磁性絶縁体に固有の「非平衡トポロジカル物性」のレーザー制御・光デザインが実現可能になる。2018年に量子光学分野の発展に対してノーベル物理学賞が与えられたことに象徴される通り、昨今のレーザー技術の進展は目覚ましい。本研究はそうした「量子光学」分野と「マグノンスピントロニクス」分野を紡ぎ、両者に「光マグノンスピントロニクス」という新たな架け橋をかける革新的研究と位置づけられる。

論文

放射線とスピントロニクス

家田 淳一

放射線と産業, (146), p.48 - 52, 2019/06

スピントロニクス研究の現状について、「何ができて何が課題なのか」、「国内外の研究動向は」といった側面を紹介し、最後に「放射線や量子ビームとの接点」について検討する。

論文

Tunable magnonic thermal Hall effect in skyrmion crystal phases of ferrimagnets

Kim, S. K.*; 仲田 光樹; Loss, D.*; Tserkovnyak, Y.*

Physical Review Letters, 122(5), p.057204_1 - 057204_6, 2019/02

 被引用回数:24 パーセンタイル:94.03(Physics, Multidisciplinary)

フェリ磁性スカーミオン結晶中のトポロジカルマグノンホール効果、およびその熱制御方法を理論的に提案する。

論文

Preferred site occupation of 3$$d$$ atoms in Ni$$_{x}$$Fe$$_{4-x}$$N (${it x}$ = 1 and 3) films revealed by X-ray absorption spectroscopy and magnetic circular dichroism

高田 郁弥*; 伊藤 啓太*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 高梨 弘毅*; 木村 昭夫*; 末益 崇*

Physical Review Materials (Internet), 2(2), p.024407_1 - 024407_5, 2018/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:48.41(Materials Science, Multidisciplinary)

X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism measurements were performed at the Ni and Fe $$L_{2,3}$$ absorption edges for Ni$$_{x}$$Fe$$_{4-x}$$N (${it x}$ = 1 and 3) epitaxial films. Shoulders at approximately 2 eV above the Ni $$L_{2,3}$$ main peaks in the XAS spectrum of Ni$$_{3}$$FeN were interpreted to originate from hybridization of orbitals between Ni 3$$d$$ at face-centered (II) sites and N 2$$p$$ at body-centered sites, while such features were missing in NiFe$$_{3}$$N film. Similar shoulders were observed at Fe $$L_{2,3}$$ edges in both films. Hence, Ni atoms preferentially occupied corner (I) sites, where the hybridization was weak because of the relatively long distance between Ni at I sites and N atoms. The relatively large magnetic moment deduced from sum-rule analysis of NiFe$$_{3}$$N also showed a good agreement with the presence of Ni atoms at I sites.

論文

Tunable sign change of spin hall magnetoresistance in Pt/NiO/YIG structures

Hou, D.*; Qiu, Z.*; Barker, J.*; 佐藤 浩司*; 山本 慧; V$'e$lez, S.*; Gomez-Perez, J. M.*; Hueso, L. E.*; Casanova, F.*; 齊藤 英治

Physical Review Letters, 118(14), p.147202_1 - 147202_6, 2017/04

 被引用回数:85 パーセンタイル:98(Physics, Multidisciplinary)

Spin Hall magnetoresistance (SMR) has been investigated in Pt/NiO/YIG structures in a wide range of temperature and NiO thickness. The SMR shows a negative sign below a temperature that increases with the NiO thickness. This is contrary to a conventional SMR theory picture applied to the Pt/YIG bilayer, which always predicts a positive SMR. The negative SMR is found to persist even when NiO blocks the spin transmission between Pt and YIG, indicating it is governed by the spin current response of the NiO layer. We explain the negative SMR by the NiO "spin flop" coupled with YIG, which can be overridden at higher temperature by positive SMR contribution from YIG. This highlights the role of magnetic structure in antiferromagnets for transport of pure spin current in multilayers.

論文

Fabrication and magnetic control of Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ cantilevers

Seo, Y.-J.*; 針井 一哉; 高橋 遼*; 中堂 博之; 大柳 洸一*; Qiu, Z.*; 小野 崇人*; 塩見 雄毅*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 110(13), p.132409_1 - 132409_4, 2017/03

 被引用回数:12 パーセンタイル:64.17(Physics, Applied)

フェリ磁性体であるY$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$を用いたサブミクロンカンチレバーを収束イオンビーム法によって作成し、その振動特性を磁場によって制御した。カンチレバーは縦横2つの振動モードを示し、それぞれのモードは外部磁場の印加によって共鳴周波数が減少、増大した。この結果は磁気力の磁場変化を取り扱った数値シミュレーションでよく再現された。周波数変化は数%に及ぶことから、磁場による高効率な振動制御が行われたと結論できる。

論文

Spin-mechatronics

松尾 衛; 齊藤 英治; 前川 禎通

Journal of the Physical Society of Japan, 86(1), p.011011_1 - 011011_7, 2017/01

 被引用回数:17 パーセンタイル:79.91(Physics, Multidisciplinary)

物体の機械運動に伴う力学的角運動量を用いたスピン制御およびスピン流生成の理論とその実証実験に関する我々の最新の研究成果をまとめた解説論文(Invited review paper)である。

論文

液体金属流体におけるスピン流発電

松尾 衛

応用物理, 86(1), p.31 - 35, 2017/01

スピントロニクスにおける最重要課題の一つがスピンの流れ「スピン流」の生成制御である。近年の微細加工技術の進展によってスピン流を媒介とする多様な物性現象を探索されている。本稿ではスピン流を媒介して液体金属流体運動から電圧を発生する「スピン流体発電」を紹介する。回転体中に普遍的に現れる相互作用、スピン回転結合により、物体の力学的角運動量とスピンとが相互変換される。その結果、細管に流した液体金属中の渦度分布からスピン流が生成され、管に沿った方向に電圧が生じる。これはスピントロニクスに動力を組み込む試みであり、MEMSとスピン流の融合したデバイス開発が期待される。

論文

放射性同位体を用いたスピン偏極陽電子ビーム

河裾 厚男

陽電子科学, (4), p.9 - 22, 2015/02

本稿では、放射性同位体から生ずる陽電子のスピン偏極性、スピン偏極陽電子ビームの開発、スピン偏極陽電子消滅の基礎、及び、スピン偏極ポジトロニウム測定による金属表面の電流誘起スピン蓄積の研究、について解説する。

論文

Contact-induced spin polarization in BNNT(CNT)/TM (TM=Co, Ni)nanocomposites

Kuzubov, A. A.*; Kovaleva, E. A.*; Avramov, P. V.*; Kuklin, A. V.*; Mikhaleva, N. S.*; Tomilin, F. N.*; 境 誠司; 圓谷 志郎; 松本 吉弘*; 楢本 洋*

Journal of Applied Physics, 116(8), p.084309_1 - 084309_4, 2014/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:40.35(Physics, Applied)

The interaction between carbon and BN nanotubes (NT) and transition metal Co and Ni supports was studied using electronic structure calculations. Several configurations of interfaces were considered, and the most stable ones were used for electronic structure analysis. All NT/Co interfaces were found to be more energetically favorable than NT/Ni, and conductive carbon nanotubes demonstrates lightly stronger bonding than semiconducting ones. The presence of contact-induced spin polarization was established for all nanocomposites. It was found that the contact-induced polarization of BNNT leads to the appearance of local conductivity in the vicinity of the interface while the rest of the nanotube lattice remains to be insulating.

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