磁性ヘテロ構造におけるスピン軌道相互作用と異方性がもたらす輸送現象の理論

磁性异质结构中自旋轨道相互作用和各向异性引起的输运现象理论

基本信息

批准号：
14J08063
负责人：
千葉貴裕
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

１．トポロジカル絶縁体表面での近接磁気抵抗効果強磁性絶縁体/トポロジカル絶縁体（TI）二層膜における電気伝導を近接磁気効果に基づいてモデル化した。モデルとして、TI 表面を記述する二次元Dirac ハミルトニアンに近接磁気効果による交換ポテンシャルを加えたものを用いた。これにより、TI 表面における特殊なバンド構造に起因して巨大な磁気抵抗効果が発現しうることを明らかにした。TIの表面状態では、スピンと運動量の向きが互いに直交するように結合している（スピン運動量ロッキング）。したがって、TI 表面に電場を印加することでスピン運動量ロッキングによりスピン蓄積が誘起される（Rashba-Edelstein 効果）。そこで、TI 表面のスピン蓄積と強磁性絶縁体の磁化との交換相互作用を介すことで、磁化により電気抵抗を制御することができる。計算手法として、ボルツマンの輸送理論により非磁性不純物と磁性不純物の両方に対して電気伝導度を計算し、抵抗変化率を評価した。本原理を応用することで二層膜という単純な構造で磁気メモリができる。２．交流電界による反強磁性絶縁体の磁気共鳴交流電界による反強磁性絶縁体の磁気共鳴を理論的に研究した。反強磁性絶縁体としては、鉄原子をドープしたビスマスカルコゲナイド（トポロジカル絶縁体）で報告される反強磁性相等を想定している。素子構造は、そのような反強磁性絶縁体を挟んだコンデンサーから成る。この素子に交流電界を印加することで、それが副格子磁化に対して有効磁場として振舞い磁気共鳴が誘起される。この有効磁場を定式化し、誘起される磁気共鳴をモデル化した。この原理は、磁場による電流の生成を引き起こすカイラル磁気効果の逆現象として理解できる。本原理を応用することで電界により反強磁性体の磁気情報を制御することができる。

1.拓扑绝缘体表面的邻近磁阻效应基于邻近磁效应对铁磁绝缘体/拓扑绝缘体 (TI) 双层薄膜中的电传导进行了建模。作为模型，我们使用二维狄拉克哈密顿量来描述 TI 表面以及由于邻近磁效应而产生的交换电势。这表明，由于TI表面特殊的能带结构，可以产生巨大的磁阻效应。在TI的表面状态下，自旋和动量耦合，使得它们的方向彼此正交（自旋动量锁定）。因此，向 TI 表面施加电场会由于自旋动量锁定（Rashba-Edelstein 效应）而引起自旋积累。因此，可以通过TI表面上的自旋积累与铁磁绝缘体的磁化强度之间的交换相互作用来通过磁化强度来控制电阻。作为计算方法，使用玻尔兹曼输运理论计算非磁性杂质和磁性杂质的电导率，并评价电阻变化率。通过应用这一原理，可以用两层薄膜的简单结构来创建磁存储器。 2.交变电场引起的反铁磁绝缘体的磁共振我们从理论上研究了交变电场引起的反铁磁绝缘体的磁共振。作为反铁磁绝缘体，我们假设在掺杂有铁原子的铋硫族化物（拓扑绝缘体）中报告的反铁磁相。该器件结构由夹着这种反铁磁绝缘体的电容器组成。通过向该元件施加交流电场，它充当亚晶格磁化的有效磁场，并引起磁共振。我们制定了这个有效磁场并对感应磁共振进行了建模。这一原理可以理解为手性磁效应的逆现象，即通过磁场产生电流。通过应用这一原理，可以利用电场控制反铁磁材料的磁信息。

项目成果

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专利数量（0）

Electric-Field-Induced Spin Resonance in Antiferromagnetic Insulators: Inverse Process of the Dynamical Chiral Magnetic Effect

DOI：
10.1103/physrevb.93.220403
发表时间：
2016-03
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
A. Sekine;T. Chiba
通讯作者：
A. Sekine;T. Chiba

Current-Induced Spin-Torque Resonance of Magnetic Insulators

DOI：
10.1103/physrevapplied.2.034003
发表时间：
2014-09-03
期刊：
PHYSICAL REVIEW APPLIED
影响因子：
4.6
作者：
Chiba, Takahiro;Bauer, Gerrit E. W.;Takahashi, Saburo
通讯作者：
Takahashi, Saburo

Optical precession mode modified by a d.c. current in synthetic antiferromagnet

由直流修正的光学进动模式

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Tanaka;T. Moriyama;M. Nagata;H. Mizuno;T. Seki;K. Takanashi; T. Chiba;S. Takahashi;Gerrit E. W. Bauer;and T. Ono
通讯作者：
and T. Ono

Spin current coupled with magnetization dynamics in magnetic heterostructures

磁性异质结构中自旋电流与磁化动力学的耦合