Vibration power generation from the spin rotation coupling in thin film nanostructures

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これまでの研究で、非磁性重金属と強磁性金属からなる薄膜ナノ構造に表面弾性波を伝搬させると、特異な磁場応答を示す直流起電力が生じる現象が見出された。初年度の研究では、薄膜ナノ構造を構成する物質という観点から直流起電力を調べ上げた。その結果、重金属層の原子振動からスピン軌道相互作用を介して生成された交流スピン流が、交流歪みによる強磁性層の磁化揺らぎによって整流されることで直流起電力が発生していることが明らかとなった。昨年度の研究では、この現象について表面弾性波の観点から研究を行った。音速や振動モードといった表面弾性波の伝搬特性は、圧電単結晶基板のどの結晶方位に伝搬するかに強く依存する。そこで、同一の重金属/強磁性薄膜ナノ構造に様々な方向から表面弾性波を伝搬させることによって、発生する直流起電力がどのように変化するかを調べた。その結果、表面弾性波の伝搬方向に応じて外部磁場角度依存性が位相シフトすることが明らかとなった。この結果を受けて直流起電力の生成モデルを再検討した結果、これまで表面弾性波を用いた研究ではあまり考慮されてこなかった面内のせん断歪みを考慮に入れることで外部磁場角度依存性の位相シフトを説明可能であると示された。さらに、圧電単結晶基板の物質定数を用いて表面弾性波の音速および振動モードを数値計算し、直流起電力の生成モデルと合わせて考察した結果、表面弾性波によって発生するスピン流は圧電単結晶基板の電束密度(電気分極)と相関があることが示唆された。