スピン物性理論研究チーム

主宰者

主宰者名 多々良 源 Gen Tatara
学位 博士(理学)
役職 チームリーダー
略歴
1992東京大学大学院理学系研究科物理学専攻 博士課程修了
1992東京大学大学院理学系研究科 研究生
1994理化学研究所 基礎科学特別研究員
1996大阪大学大学院理学研究科 助手
2004科学技術振興機構 さきがけ研究員
2005首都大学東京都市教養学部理工学系(大学院理工学研究科) 准教授
2012理化学研究所 創発スピン物性理論研究チーム チームリーダー
2013同 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 スピン物性理論研究チーム チームリーダー (現職)

研究室概要

物性研究の目的は物質の最高性能を引き出すことである。当チームではその中でも特に電子のもつ微小磁石、スピン、に関わる新現象を理論的に開拓している。現在の技術であるエレクトロニクスでは電子の電荷と電流のみを利用しているが、スピンの制御が可能となればスピンのもつ情報も加えたスピントロニクスが実現され、今よりもはるかに多量の情報を高速で、また低いエネルギー消費で処理することが可能となる。特に現在重要視されている効果としては物質中のスピンにはたらく強い量子相対論効果があり、これをうまく用いると非常に強い磁石や、スピンのもつ情報を電気信号に高効率で変換したりすることが実現される。解析には主に場の理論という手法を用いている。

研究分野

物理学、工学、材料科学

キーワード

スピントロニクス
スピン-軌道相互作用
磁壁
モノポール
スピン流
メタマテリアル

研究紹介

スピン―電流変換の理論

スピントロニクスデバイスを、従来のエレクトロニクスに組み込むためには、スピンの運ぶ信号を電気信号に変換することが必要である。我々はスピンの流れの制御及び電流への変換の可能性を理論的に研究している。スピンと電荷の変換は磁化構造やスピン軌道相互作用など多様な起源により引き起こされる。例えば磁化構造にスピン偏極電流を流すと磁化構造が引きずられて流れるというスピン移行効果や、磁化構造中で電子が受けるスピンベリー位相効果、スピン起電力などがよく知られている。またスピン軌道相互作用はスピンホール効果や逆スピンホール効果などスピンと電荷をつなぐ重要な効果を生み出している。我々の研究ではこれらを含むスピン電荷変換現象を有効ゲージ結合という視点で整理し電磁気現象との統一的視点から記述する枠組みを与えることに成功した。この成果はスピントロニクスと従来のエレクトロニクスの融合に大きく貢献すると期待される。

また、スピン流の概念を用いたスピントロニクス現象の記述には原理的な不定性が避けられないが、我々はスピンと電荷の変換現象を、駆動場と測定場を線形応答理論で直接結びつける理論を展開し、不定性なく記述する定式化も行った。

強磁性金属中では伝導電子が磁化構造中を運動する際にスピンの回転をおこし量子力学的位相が生じる。この位相が有効的な磁場や電場としてはたらきスピンに結合する有効電磁場が発生する。

メンバー一覧

多々良 源 Gen Tatara

チームリーダー gen.tatara[at]riken.jp R

Collins Ashu Akosa

特別研究員

Guanxiong Qu

特別研究員

主要論文

  1. G. Tatara

    Effective gauge field theory of spintronics

    Physica E 106, 208 (2018)
  2. G. Tatara, and S. Mizukami

    Consistent microscopic analysis of spin pumping effects

    Phys. Rev. B 96, 064423 (2017)
  3. T. Kikuchi, T. Koretsune, R. Arita, and G. Tatara

    Dzyaloshinskii-Moriya Interaction as a Consequence of a Doppler Shift due to Spin-Orbit-Induced Intrinsic Spin Current

    Phys. Rev. Lett. 116, 247201 (2016)
  4. J. Shibata, A. Takeuchi, H. Kohno, and G. Tatara

    Theory of Anomalous Optical Properties of Bulk Rashba Conductor

    J. Phys. Soc. Jpn. 85, 033701 (2016)
  5. G. Tatara

    Thermal Vector Potential Theory of Transport Induced by a Temperature Gradient

    Phys. Rev. Lett. 114, 196601 (2015)

研究紹介記事

お問い合わせ

〒351-0198

埼玉県和光市広沢2-1

E-mail:
gen.tatara[at]riken.jp

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