Conversion Mechanism of Spin and Mechanical Rotation

自转与机械旋转的转换机制

• 批准号: 20H01865
• 负责人: 前川 禎通
• 金额: $ 10.82万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01865/
• 关键词: スピントロ二クス; 粘性流体; スキルミオン; 表面弾性波; 磁気音響効果; スピン波; 非相反性; スピンメカトロニクス; スピントロニクス; 磁性薄膜; バーネット効果; ベリー位相; 流体力学; 電流渦; 磁気スキルミオン; 核磁気共鳴; フェリ磁性体; スピン回転結合

角運動量保存則を用いて、力学回転の角運動量と物質中の様々な角運動量（スピン）との相互変換機構を明らかにし、「スピンメカトロニクス」分野を構築することが本研究の目的である。１９１５年にアインシュタイン達は磁性と回転運動の等価性を明らかにした。これは力学回転と電子の持つ角運動量（スピン）が角運動量保存則で繋がっていることを証明するものである。本研究では、物質の巨視的な回転に加えて、様々な力学回転と物質中のミクロな角運動量（スピン）との相互変換による新たな分野「スピンメカトロニクス」の構築を目指した。表面弾性波は回転運動（角運動量）を持つユニークな音波である。また、スマートフォンなど様々なデバイスに応用されている実用上も重要な固体励起の一つである。本研究では、表面弾性波と磁性薄膜のスピン波との相互作用に注目し、表面弾性波による磁気共鳴現象による非相反性を調べた。音波が一方向にのみ伝搬し、反対方向には伝搬しない現象を非相反性という。表面弾性波の角運動量はその伝搬方向によって角運動量が違う。一方、スピンの歳差運動（回転運動）は磁化の方向で決まっている。そのため、磁化の方向を決めると磁化の歳差運動と共鳴する表面弾性波はその伝搬方向に依存する。この表面弾性波と磁化の相互作用は、当研究代表者が１９７６年に理論的に提案したものである。この相互作用が、当研究協力者により実験的に検出された。今後、応用的にもその発展が期待される。

这项研究的目的是利用角动量守恒定律阐明机械旋转的角动量与材料中各种角动量（自旋）之间的相互转换机制，建立“自旋机电一体化”领域。 1915年，爱因斯坦和他的同事证明了磁力和旋转运动的等价性。这证明了机械旋转和电子的角动量（自旋）通过角动量守恒定律联系在一起。在这项研究中，我们的目标是除了材料的宏观旋转之外，还通过将材料中的各种机械旋转和微观角动量（自旋）相互转换来创建一个新领域“自旋机电一体化”。表面声波是具有旋转运动（角动量）的独特声波。它也是实际重要的固态激励之一，应用于智能手机等各种设备。在本研究中，我们重点研究了磁性薄膜中声表面波与自旋波之间的相互作用，并研究了声表面波引起的磁共振现象引起的非互易性。声波只向一个方向传播而不向相反方向传播的现象称为非互易性。表面声波的角动量根据其传播方向而不同。另一方面，自旋的进动（旋转运动）由磁化方向决定。因此，当磁化方向确定时，与磁化进动共振的表面声波取决于其传播方向。表面声波与磁化强度之间的相互作用是我们的研究主任于1976年从理论上提出的。我们的研究合作者通过实验检测到了这种相互作用。未来，预计该技术将在应用领域得到进一步发展。

项目成果

Perspectives on spintronics with surface acoustic waves

• DOI: 10.1063/5.0093654
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: J. Puebla;Y. Hwang;S. Maekawa;Y. Otani

Nonreciprocity in spin transport

自旋输运中的非互易性

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Kamimura;H. Hakoshima;Y. Matsuzaki;K. Yoshida;and Y. Tokura;前川禎通
• 通讯作者: 前川禎通

Spin current in Superconductor/Ferromagnet Heterostructures

超导体/铁磁体异质结构中的自旋电流

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Sadgrove;A. Suda;R. Matsuyama;M. Komiya;T. Yoshino;D. Yamaura;M. Sugawara;M. Niwano;Y. Mitsumori;K. Edamatsu;and A. Hirano-Iwata;前川禎通
• 通讯作者: 前川禎通

中国/中国科学院大学(中国)

中国/中国科学院大学（中国）

Interaction between surface acoustic waves and spin waves in a ferromagnetic thin film

铁磁薄膜中表面声波和自旋波之间的相互作用

• DOI: 10.1016/j.jmmm.2021.168672
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Magnetism and Magnetic Materials
• 影响因子: 2.7
• 作者: Kei Yamamoto ; Mingran Xu ; Jorge Puebla ; Yoshichika Otani ; Sadamichi Maekawa
• 通讯作者: Sadamichi Maekawa