軌道ホール効果の観測と磁化制御への応用

轨道霍尔效应的观测及其在磁化控制中的应用

• 批准号: 20J13860
• 负责人: 丸井 幸博
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13860/
• 关键词: 軌道ホール効果; スピンホール効果; スピン軌道相互作用; スピン軌道トルク; 磁気光学カー効果

物質に電流を流すと、スピンホール効果によって表面にスピンが蓄積する。このスピン蓄積によって、光学応答が変化する。以下では、この現象を電流誘起磁気光学Kerr効果と呼ぶ。電流誘起磁気光学Kerr効果は、スピンホール効果に由来すると考えられてきた。しかし、スピンホール効果の小さいバナジウム(V)でも、スピンホール効果の大きい白金(Pt)と同程度の光学応答が観測された(昨年度)。本年度は、昨年測定した偏光の変化の実部に加えて虚部についても測定を行い、この現象の解析を進めた。さらに、αとβの二つの構造のタングテン(W)でも同様の測定を行った。α-Wとβ-Wは、同程度のスピンホール伝導度を持つ一方で、縦伝導度が10倍違い、スピンホール効果の大きさが異なる。測定で得られた光学応答から光学的なホール伝導度を評価した。このホール伝導度はスピンホール伝導度の2乗に比例し、縦伝導度に反比例すると考えられている。しかし、PtとVでは、スピンホール伝導度が10倍違うにも関わらず、同程度のホール伝導度が得られた。さらに、α-Wとβ-Wでも、縦伝導度が10倍違うにも関わらず、同程度のホール伝導度が得られた。したがって、電流誘起磁気光学Kerr効果には、スピンホール効果以外の寄与が含まれることが示された。この従来の理解からのずれを説明する可能性の一つは、近年研究されている軌道ホール効果の影響である。そこで、スピンホール効果と軌道ホール効果から光学的なホール伝導度を計算した。数値計算からは、軌道ホール効果は物質によらず、PtやWのスピンホール効果と同程度かそれ以上の値を取ることが示唆された。したがって、スピンホール効果の小さいVで観測された、スピンホール効果の大きいPtやWと同程度の電流誘起磁気光学Kerr効果は、軌道ホール効果の影響である可能性があると分かった。

当通过材料施加电流时，由于自旋 - 霍尔效应，自旋会积聚在表面上。这种自旋积累改变了光学响应。在下文中，该现象将被称为电流诱导的磁光射克效应。电流诱导的磁置kerr效应被认为是从自旋 - 霍尔效应中得出的。但是，甚至观察到具有很小的铂（PT）水平的光学响应（v），也观察到具有较大的自旋式效果的光学响应（去年）。今年，除了去年测得的极化变化的实际部分外，我们还测量了虚构部分，并分析了这一现象。此外，对具有两个结构α和β的Tungten（W）进行了类似的测量。虽然α-W和β-W具有相似的自旋电导率，但它们的纵向电导率差异10倍，而旋转孔效应的大小却有所不同。从测量中获得的光响应评估了光孔电导率。该孔电导率被认为与自旋孔电导率的平方成正比，并且与纵向电导率成反比。然而，尽管PT和V之间的自旋电导率差异，但仍获得了相同水平的孔电导率。此外，即使用α-W和β-W获得了相同的孔电导率，尽管纵向电导率的差异差异10倍。因此，已经表明，电流诱导的磁光kerr效应包括自旋式效果以外的其他贡献。解释与常规理解的偏差的一种可能性是轨道霍尔效应的影响，该效应已近年来进行了研究。因此，通过自旋孔效应和轨道霍尔效应计算光孔电导率。数值计算表明，轨道大厅的效应不限于材料，而是要等于或大于PT或W的自旋壁效应。因此，发现在V处观察到的电流诱导的磁光kerr效应具有小的自旋效应，这与PT和W具有较大的自旋效应，可能是Orbital Hall效应的巨大的自旋效应。

项目成果

電流誘起磁気光学カー効果における軌道ホール効果の影響

轨道霍尔效应对电流感磁光克尔效应的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 丸井幸博;河口真志;林将光
• 通讯作者: 林将光

磁気光学カー効果効果の四重極成分とプレーナーホール効果の関係

磁光克尔效应四极分量与平面霍尔效应的关系

• 发表时间: 2021
• 作者: 丸井幸博;河口真志;林将光
• 通讯作者: 林将光