球殻状ナノ磁性体のスピン構造制御とスイッチング素子への応用

球形纳米磁性材料的自旋结构控制及其在开关器件中的应用

基本信息

批准号：
18760059
负责人：
島弘幸
金额：
$ 1.86万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760059/
关键词：
ナノ磁性体磁気デバイスナノ構造体

项目摘要

本研究の目的は、中空球殻構造を有するナノ構造体のコヒーレント電子伝導と磁気秩序過程を理論的に解析し、その特異な磁気特性を利用した新規なスイッチング・デバイス素子をデザインすることにある。ナノ構造体がある臨界温度以下で自発磁性を有する場合、その磁性には構造体の幾何学的形状の変化が大きく関与すると予想される。この幾何特性と磁気特性との関連を定量的に明らかにすることを目的として、本研究では曲面型磁性薄膜を模したスピン格子模型を独自に考案し、その基本磁気特性が形状の変化によってどのような変化を受けるかを数値的に考察した。磁気秩序相の形成過程を大規模数値シミュレーションにより調べることで、系の幾何学的曲率が系の自発磁化発現機構・磁気応答特性に与える効果に対する定性的理解を得ることができた。これと並行して本研究課題では、二次元電子系のバリスティック伝導特性について、二次元ナノ構造体の形状変化がその伝導特性に与える影響を研究した。特に捻り変形を施した量子細線について、そのコヒーレント伝導特性に対する形状変形効果を微分幾何的手法により導出した。その結果、量子細線中を伝搬する電子は捻り変形に起因する有効磁場を感じる点を理論的に明らかにした。さらにこのような捻り細線で量子閉ループ構造を作成した場合、捻り変形誘起磁場に伴う永久電流成分が起こりえることを明らかにした。これらの研究成果は、曲面状ナノ構造体の新規な物理特性に基づく量子デバイスを開発するための重要な基礎的知見を与えるものである。

本研究的目的是从理论上分析具有空心球壳结构的纳米结构的相干电子传导和磁有序过程，并设计利用其独特磁特性的新型开关器件。当纳米结构在低于某个临界温度时表现出自发磁性时，预计结构几何形状的变化是磁性的主要原因。为了定量地阐明这些几何特性和磁特性之间的关系，在本研究中，我们独立设计了一个模仿弯曲磁性薄膜的自旋晶格模型，并对其基本磁特性如何因形状变化而变化进行了数值检验。这样的变化将会发生。通过大规模数值模拟研究磁有序相的形成过程，我们能够定性地了解系统的几何曲率对系统自发磁化机制和磁响应特性的影响。与此同时，在这个研究项目中，我们研究了二维纳米结构的形状变化对二维电子系统弹道传导性能的影响。特别是，我们使用微分几何技术推导了形状变形对扭曲量子线相干传导特性的影响。结果，我们从理论上阐明了在量子线中传播的电子感受到由扭曲变形引起的有效磁场。此外，据透露，当使用这种扭曲的细线创建量子闭环结构时，由于扭曲变形引起的磁场，可能会出现持续电流分量。这些研究成果为开发基于弯曲纳米结构新颖物理特性的量子器件提供了重要的基础知识。