ナノ磁化構造の電気磁気効果を利用したスピン機能デバイスの研究

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本研究ではナノ磁化構造を用いた新しい磁気メモリの動作原理を提唱することを目的としている。磁気メモリの動作原理としての調査対象には、ナノ磁化構造の書込み技術と読出し技術がある。本研究では特に、ナノ磁化構造としてねじれた磁気秩序構造である磁気スカーミオンに注目し、その試料としてカイラル磁性体を想定した数値シミュレーションを行った。スカーミオンメモリの書込み技術としては円偏向レーザーを用いた構造の生成・消滅、読出し技術としてはスピン起電力による構造の電気的検出が、本研究における候補である。本研究では後者から調査を始めた。一方で、その間に、他研究グループによって前者についての調査報告がなされたため、本研究ではスカーミオンの読出し技術について専門的に調べるように的を絞った。平成28年度の研究成果からの軌道修正により、平成29年度では、研究標題にある電気磁気効果から熱を含めた、磁気-電気-熱交差現象にテーマを拡張して研究を展開してきた。このテーマにおいて、本研究では新しい熱電変換機構として、ナノ磁化構造由来の熱電効果（熱ホールスピン起電力）を見出した。これは、伝導電子が熱を受け取る主役となる異常ネルンスト効果とは異なり、磁化構造を形成する局在スピンが熱を受け取る主役としたときの電気的な寄与を調べたものである。この成果の詳細は国際会議と国内の学会で発表した。また、計画の想定外の研究として、その調査の過程で、温度勾配中の磁化構造の挙動についての新しい知見を得ることができた：バルクと試料界面では磁化構造の運動方向が反転することがある。その運動方向は熱エネルギーを拡散するための局在スピンの揺らぎの進行方向によって一意に決まる。界面では試料に依って非相反な揺らぎの流れがあり、界面付近の磁化構造はバルクと逆向きに運動することがある。この結果は国内学会において発表した。