Effects of electric current vorticity on magnetism

电流涡度对磁力的影响

基本信息

批准号：
22K13997
负责人：
藤本純治
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Saitama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的である電流渦による磁性制御の基礎理論の構築を目指して，本年度は(1)電流の渦度分布の解明，(2)スピン電流渦度結合の微視的理論による導出という２つの課題に取り組んだ．具体的には，(1)では，有限要素法を用いてノッチ構造がある場合の電流の分布を電子流体の方程式に基づいて数値的に解き，それから渦度分布を求めた．ノッチ構造の幅や長さ，曲率半径を変えることで渦度が増強されることを見出し，その定量的な式を導いた．これにより，ノッチ構造をデザインすることで渦度による有効磁場を制御できる可能性が数値的に検証された．また，得られた渦度分布を微分することで，生成されるスピン流についても求めたが，研究構想当初に想定した値より非常に小さくなることが分かった．これはスピン流によって生成される磁気スキルミオンがノッチ近傍から遠方へ運ばれるという実験結果に対する解釈が成り立たない可能性を示している．この問題に対して，スピン渦度結合ではなくスピン軌道相互作用による効果を考えることで解決できる可能性を見出した．さらにスピン軌道相互作用によって生じるスピンHall効果により電流が粘性流体としてふるまうことを論文として発表した．(2)では，スピン渦度結合を生み出しうる微視的ハミルトニアンを有効場の理論を用いて波数に対する依存性を明らかにした．また具体的にその依存性を満たすハミルトニアンを求めることに成功した．その他に，スピン渦度トルクを求める前段階として，接合系におけるスピン移行トルクとして知られるSlonczewskiトルクをKubo公式と場の理論的アプローチから導出することに成功した．

为了建立利用电流涡流进行磁控制的基本理论，这是本研究的目的，今年我们将开展两个研究项目：（1）电流涡度分布的阐明，以及（2）自旋流涡度耦合的推导我们利用微观理论研究了两个问题。具体来说，在(1)中，我们基于电子流体方程，利用有限元方法对缺口结构情况下的电流分布进行数值求解，进而计算出涡度分布。我们发现通过改变凹口结构的宽度、长度和曲率半径可以增强涡量，并推导了一个定量公式。这从数值上验证了通过设计缺口结构来控制由涡度引起的有效磁场的可能性。我们还通过对获得的涡度分布进行微分来计算产生的自旋流，但发现它比研究概念之初设想的值要小得多。这表明自旋流产生的磁性斯格明子从缺口附近传输到远处的实验结果的解释可能不成立。我们发现通过考虑自旋轨道相互作用而不是自旋涡度耦合的影响来解决这个问题的可能性。此外，他发表的论文表明，由于自旋轨道相互作用引起的自旋霍尔效应，电流表现为粘性流体。在(2)中，我们利用有效场论阐明了能够产生自旋涡旋耦合的微观哈密顿量对波数的依赖性。我们还成功地找到了专门满足这种依赖性的哈密顿量。此外，作为计算自旋涡旋扭矩的第一步，我们使用 Kubo 公式和场论方法成功推导了 Slonczewski 扭矩，即键合系统中的自旋转移扭矩。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Electron Hydrodynamics by Spin Hall Effect

自旋霍尔效应的电子流体动力学

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
arXiv
影响因子：
0
作者：
Junji Fujimoto;Wataru Koshibae;and Sadamichi Maekawa
通讯作者：
and Sadamichi Maekawa

Chirality-dependent second-order spin current in systems with time-reversal symmetry

时间反转对称系统中手性相关的二阶自旋电流

DOI：
10.1103/physrevb.106.085127
发表时间：
2022
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
Hirakida Ryosuke;Fujimoto Junji;Ogata Masao
通讯作者：
Ogata Masao

Field theoretical approach to spin torques: Slonczewski torques

自旋扭矩的场论方法：Slonczewski 扭矩

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
arXiv
影响因子：
0
作者：
秋葉和人;梅下暢朗;小林達生;Mathias Mikkelsen and Ippei Danshita;Junji Fujimoto
通讯作者：
Junji Fujimoto

Spin Hall effect driven by the spin magnetic moment current in Dirac materials

DOI：
10.1103/physrevb.105.214419
发表时间：
2022-06-01
期刊：
PHYSICAL REVIEW B
影响因子：
3.7
作者：
Chi, Zhendong;Qu, Guanxiong;Hayashi, Masamitsu
通讯作者：
Hayashi, Masamitsu

Magnetic skyrmion creation by electron hydrodynamic effects

通过电子流体动力学效应产生磁性斯格明子

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Junji Fujimoto;Wataru Koshibae;Hirhoshi Funaki;Mamoru Matsuo;and Sadamichi Maekawa
通讯作者：
and Sadamichi Maekawa

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作者：
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藤本純治其他文献

断熱領域における反強磁性体のスピン起電力

绝热区反铁磁材料的自旋电动势

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Masaaki Sato*;Shotaro Sano;Hiroki Watanabe;Yoko Kudo;Junichi Nakai;藤本純治
通讯作者：
藤本純治

Effective theory of antiferromagnetic metals in adiabatic region

绝热区反铁磁金属的有效理论

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Henri Saarikoski;Enrique Vazquez;Jose Pablo Baltanas;Fumiya Nagasawa;Junsaku Nitta;and Diego Frustaglia;森阪匡通;Shin-ichi Ohkoshi;藤本純治
通讯作者：
藤本純治