カイラリティの誘起する新奇なスピン輸送現象の解明

阐明手性引起的新型自旋输运现象

基本信息

批准号：
22KJ0856
负责人：
鈴木裕太
金额：
$ 1.09万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題では、カイラルな結晶構造をもつ非磁性金属でのスピン輸送現象に注目し、界面でのスピン電荷変換および電流誘起磁化に伴うスピン偏極の長距離性の理論的解明を目標としている。このように固体物理の立場からカイラリティとスピン伝導の関係を探索することは、広く有機分子から超伝導体に至るまで報告されているカイラル誘起スピン選択性への理解を深める上で意義深い。本年度は、カイラル金属でのスピン緩和・スピン拡散および界面でのスピン電荷変換を、緩和時間近似を超えたボルツマン輸送方程式の立場から定式化し、次の3つの成果を得た。(a)スピン依存化学ポテンシャルの描像に頼らない、スピン緩和時間およびスピン拡散長の自然な定義を与えた。これらの定義はスピンが擬保存量とみなせないような強いスピン軌道結合下においても妥当となる点で重要である。特に、スピン拡散長に関しては従来よりも一般化されたスピン成分・拡散方向ごとのスピン拡散長を定義した点で新しい。(b)有限の厚みをもつ非磁性金属とカイラル金属との接合系においてエーデルシュタイン効果を扱い、電流スピン流間の変換効率およびその他の輸送係数の解析的な表式を網羅的に与えた。(c)界面を介して生じた正・逆エーデルシュタイン効果間に成り立つオンサーガーの相反定理を明らかにした上、転送行列の手法によって両効果を交差応答の形式に整理した。成果(b)および(c)は、これまで現象論的に扱われてきた界面でのスピン電荷変換の機構を明白にした点で意義をもつ。また、これら3つの成果を補完するものとして、スピン分裂した2バンド模型にボルツマン方程式が適用できる条件を、微視的な非平衡グリーン関数の手法から裏付ける研究も行った。これらの研究結果に関して3件の口頭発表と3件のポスター発表を行い、成果をまとめた論文はPhysical Review B誌で出版されている。

该研究主题的重点是具有手性晶体结构的非磁性金属中的自旋转运现象，旨在理论上阐明由于在接口和电流引起的磁化强度的自旋电荷转换而引起的自旋极化的长度。从固态物理学的角度来看，搜索手性与自旋传导之间的关系对于加深了我们对手性诱导的自旋选择性的理解有意义，这已被有机分子广泛报道，从有机分子到超导体。今年，从玻尔兹曼传输方程的角度提出了手性金属中的自旋松弛和旋转界面的自旋扩散，并获得了超过弛豫时间近似的角度，并获得了三个结果。（a）我们给出了自旋松弛时间和自旋扩散长度的自然定义，而自旋扩散长度不依赖于自旋依赖性化学电位的说明。这些定义很重要，因为它们即使在强旋转轨道耦合下也是有效的，而旋转不能被视为伪持有的量。特别是，自旋扩散长度是新的，因为它们定义了每个自旋分量和扩散方向的自旋扩散长度，这比以前更一般。（b）在具有有限厚度的非磁性和手性金属之间的键合系统中处理了Edelstein效应，并全面提供了当前自旋电流和其他传输系数之间转化效率的分析表达。（c）阐明了通过界面发生的正面和逆埃德尔斯坦效应之间存在的矛盾定理，并使用转移矩阵方法将两种效应组织为交叉反应的形式。结果（b）和（c）具有重要意义，因为它们清楚地清楚了在现象学上处理的界面上自旋电荷转化的机理。此外，为了补充这三个结果，我们还进行了研究，以支持可以使用微观的，非平衡的绿色功能方法将Boltzmann方程应用于旋转分解的两波段模型的条件。已经对这些发现进行了三个口头介绍，并进行了三个海报演示，并总结了结果的论文已发表在《物理评论》杂志上。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Spin Polarization, Spin Diffusion, and Spin-Charge Conversion in Chiral Metals

手性金属中的自旋极化、自旋扩散和自旋电荷转换

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
鈴木裕太;加藤雄介;Y. Suzuki and Y. Kato;Y. Suzuki and Y. Kato
通讯作者：
Y. Suzuki and Y. Kato

カイラル金属界面でのスピン輸送現象

手性金属界面的自旋输运现象

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
鈴木裕太;加藤雄介
通讯作者：
加藤雄介

カイラル金属表面でのスピン輸送と電流スピン流変換

手性金属表面上的自旋输运和电流自旋电流转换

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
鈴木裕太;加藤雄介
通讯作者：
加藤雄介

量子輸送方程式によるカイラル金属バルクでのスピン輸送の記述

使用量子输运方程描述块体手性金属中的自旋输运

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
鈴木裕太;加藤雄介
通讯作者：
加藤雄介

Spin relaxation, diffusion, and Edelstein effect in chiral metal surface

手性金属表面的自旋弛豫、扩散和埃德尔斯坦效应

DOI：
10.1103/physrevb.107.115305
发表时间：
2023
期刊：
Phys. Rev. B
影响因子：
0
作者：
Y. Arai;K. Kuroda;T. Nomoto;Z. H. Tin;S. Sakuragi;C. Bareille;S. Akebi;K. Kurokawa;Y. Kinoshita;W.-L. Zhang;S. Shin;M. Tokunaga;H. Kitazawa;Y. Haga;H. S. Suzuki;S. Miyasaka;S. Tajima;K. Iwasa;R. Arita and T. Kondo;上田有輝;上田有輝;Yuta Suzuki and Yusuke Kato
通讯作者：
Yuta Suzuki and Yusuke Kato