Effects of electric current vorticity on magnetism

本研究の目的である電流渦による磁性制御の基礎理論の構築を目指して，本年度は(1)電流の渦度分布の解明，(2)スピン電流渦度結合の微視的理論による導出という２つの課題に取り組んだ．具体的には，(1)では，有限要素法を用いてノッチ構造がある場合の電流の分布を電子流体の方程式に基づいて数値的に解き，それから渦度分布を求めた．ノッチ構造の幅や長さ，曲率半径を変えることで渦度が増強されることを見出し，その定量的な式を導いた．これにより，ノッチ構造をデザインすることで渦度による有効磁場を制御できる可能性が数値的に検証された．また，得られた渦度分布を微分することで，生成されるスピン流についても求めたが，研究構想当初に想定した値より非常に小さくなることが分かった．これはスピン流によって生成される磁気スキルミオンがノッチ近傍から遠方へ運ばれるという実験結果に対する解釈が成り立たない可能性を示している．この問題に対して，スピン渦度結合ではなくスピン軌道相互作用による効果を考えることで解決できる可能性を見出した．さらにスピン軌道相互作用によって生じるスピンHall効果により電流が粘性流体としてふるまうことを論文として発表した．(2)では，スピン渦度結合を生み出しうる微視的ハミルトニアンを有効場の理論を用いて波数に対する依存性を明らかにした．また具体的にその依存性を満たすハミルトニアンを求めることに成功した．その他に，スピン渦度トルクを求める前段階として，接合系におけるスピン移行トルクとして知られるSlonczewskiトルクをKubo公式と場の理論的アプローチから導出することに成功した．

本研究の目的である電流渦による磁性制御の基礎理論の構築を目指して，本年度は(1)電流の渦度分布の解明，(2)スピン電流渦度結合の微視的理論による導出という２つの課題に取り組んだ．具体的には，(1)では，有限要素法を用いてノッチ構造がある場合の電流の分布を電子流体の方程式に基づいて数値的に解き，それから渦度分布を求めた．ノッチ構造の幅や長さ，曲率半径を変えることで渦度が増強されることを見出し，その定量的な式を導いた．これにより，ノッチ構造をデザインすることで渦度による有効磁場を制御できる可能性が数値的に検証された．また，得られた渦度分布を微分することで，生成されるスピン流についても求めたが，研究構想当初に想定した値より非常に小さくなることが分かった．これはスピン流によって生成される磁気スキルミオンがノッチ近傍から遠方へ運ばれるという実験結果に対する解釈が成り立たない可能性を示している．この問題に対して，スピン渦度結合ではなくスピン軌道相互作用による効果を考えることで解決できる可能性を見出した．さらにスピン軌道相互作用によって生じるスピンHall効果により電流が粘性流体としてふるまうことを論文として発表した．(2)では，スピン渦度結合を生み出しうる微視的ハミルトニアンを有効場の理論を用いて波数に対する依存性を明らかにした．また具体的にその依存性を満たすハミルトニアンを求めることに成功した．その他に，スピン渦度トルクを求める前段階として，接合系におけるスピン移行トルクとして知られるSlonczewskiトルクをKubo公式と場の理論的アプローチから導出することに成功した．