量子ナノ磁性研究チーム

主宰者

主宰者名 大谷 義近 Yoshichika Otani
学位 理学博士
役職 チームリーダー
略歴
1989慶應義塾大学大学院理工学研究科物理学専攻 博士課程修了
1989アイルランド ダブリン大学トリニティーカレッジ 博士研究員
1991フランス CNRS ルイ・ネール磁性物理研究所 研究員
1992慶應義塾大学理工学部物理学科 助手
1995東北大学工学部材料物性学科 助教授
2001理化学研究所 量子ナノ磁性研究チーム チームリーダー
2004東京大学物性研究所ナノスケール物性研究部門 教授(現職)
2013理化学研究所 創発物性科学研究センター 量子情報エレクトロニクス部門 量子ナノ磁性研究チーム チームリーダー (現職)

研究室概要

当チームでは、金属・半導体・絶縁体から成るナノトンネル接合や磁性体/非磁性体複合ナノ構造体を作製し、スピン流(スピン波や伝導電子スピン等のスピン角運動量の輸送現象)を媒介して生じる磁壁移動や磁化ダイナミクスの量子的振る舞いに関する研究を行っている。特に、電子スピン、マグノン、フォノン等の準粒子間の角運動量変換によるスピン流の生成(スピン変換)機構を理解すると共に、その効率化に取り組む。さらに、基本原理である交換相互作用あるいはスピン軌道相互作用等を通じてスピン変換を制御・操作する新奇な手法を開発し、革新的なエネルギーハーベスティングに資する省電力スピントロニクス素子の実現を目指す。

研究分野

物理学、工学、材料科学

キーワード

ナノ磁性
スピントロニクス
スピン流
スピンホール効果
エデルシュタイン効果
マグノン-フォノンカップリング

研究紹介

新奇スピントロニクスデバイスの実現をめざして

―力学回転を用いたスピン-電流変換―

現代のエレクトロニクスは、電子の電荷が回路中を運動する現象を利用している。しかし、電荷とは別に電子の持つ磁気的性質であるスピンを積極的に利用することで、より高速かつ効率的に駆動する電子素子や、光・音・振動・熱などの環境エネルギーを電気信号に変換する新しい素子の実現が期待されている。しかし、これまでに振動などの力学運動からスピンもしくは電気への変換現象は十分に研究されていなかった。そこで今回、表面弾性波による格子振動を利用することで、強磁性体の共鳴状態を励起しスピン流が生成される現象について研究を行った。生成したスピン流は、近年盛んに研究されている界面における高効率なスピン-電流変換現象を利用することで、高感度な電気的検出に成功した。このような力学運動を用いたスピン流生成、さらには電気信号への変換に関する定量的な実験研究は、スピンを用いたエネルギー変換現象の物理を深く理解するのに役立つだけでなく、将来のスピントロニクスデバイスの設計指針に重要な知見を与えるものである。

表面弾性波を用いたスピン流生成素子の概念図。表面弾性波により強磁性層(Ni)にて強磁性共鳴が励起されスピン流(js)が注入される。Cu/Bi2O3界面に到達したスピン流は、逆エデルシュタイン効果により電流(jc)へと変換される。

 

メンバー一覧

大谷 義近 Yoshichika Otani

チームリーダー yotani[at]riken.jp R

近藤 浩太 Kouta Kondou

上級研究員

Bivas Rana

研究員

Junyeon Kim

研究員

Jorge Luis Puebla Nunez

研究員

横内 智行 Tomoyuki Yokouchi

客員研究員

Mingran Xu

研修生

Yunyoung Hwang

研修生

研究紹介記事