ナノ磁性体を含む複合構造における量子輸送現象の理論的研究

絶縁体を2つの超伝導体(SC)で挟んだ従来のジョセフソン接合(JJ)は、接合に直流電圧を印加した場合に流れる交流ジョセフソン電流によって、接合内に電磁場が誘起される場合があり、共振器として振舞う。接合の共振モードと交流ジョセフソン電流の周波数が一致するとき、各共振モードに対して直流ジョセフソン電流が現れる(Fiske共鳴)。近年、絶縁体を強磁性体(FM)に置き換えた強磁性ジョセフソン接合(FJJ)のジョセフソン効果に関する研究が盛んに行われている。しかしながら、FJJのFiske共鳴に関する詳細な研究はなされていない。本研究では、FJJにおけるスヒン波励起を伴った場合のFiske共鳴の理論を構築した。まず、交流ジョセフソン電流によって接合内に生じる電磁場をマックスウェル方程式、FMの動的磁化に対してはランダウ-リフシッツ-ギルバート(LLG)方程式を連立させて解いた。その結果、FJJにわいても各電磁場のモードに対して直流ジョセフソン電流が現れることが分かった。更に、FJJにおけるFiske共鳴では、各電磁場のモードに対して2つの直流ジョセフソン電流が現れることも分かった。この結果は,電磁場とスピン波の結合によって、各共振モードに対してFiske共鳴の共鳴電圧がJJとは異なり2つ持つことを示している。この現象は、交流ジョセフソン電流を用いてスピンの動的な性質を観測する新しい実験的方法ともなりうる可能性を示唆している。研究成果は独創的でありこの分野における研究を牽引していく成果だと言える。

絶縁体を2つの超伝導体(SC)で挟んだ従来のジョセフソン接合(JJ)は、接合に直流電圧を印加した場合に流れる交流ジョセフソン電流によって、接合内に電磁場が誘起される場合があり、共振器として振舞う。接合の共振モードと交流ジョセフソン電流の周波数が一致するとき、各共振モードに対して直流ジョセフソン電流が現れる(Fiske共鳴)。近年、絶縁体を強磁性体(FM)に置き換えた強磁性ジョセフソン接合(FJJ)のジョセフソン効果に関する研究が盛んに行われている。しかしながら、FJJのFiske共鳴に関する詳細な研究はなされていない。本研究では、FJJにおけるスヒン波励起を伴った場合のFiske共鳴の理論を構築した。まず、交流ジョセフソン電流によって接合内に生じる電磁場をマックスウェル方程式、FMの動的磁化に対してはランダウ-リフシッツ-ギルバート(LLG)方程式を連立させて解いた。その結果、FJJにわいても各電磁場のモードに対して直流ジョセフソン電流が現れることが分かった。更に、FJJにおけるFiske共鳴では、各電磁場のモードに対して2つの直流ジョセフソン電流が現れることも分かった。この結果は,電磁場とスピン波の結合によって、各共振モードに対してFiske共鳴の共鳴電圧がJJとは異なり2つ持つことを示している。この現象は、交流ジョセフソン電流を用いてスピンの動的な性質を観測する新しい実験的方法ともなりうる可能性を示唆している。研究成果は独創的でありこの分野における研究を牽引していく成果だと言える。