Study of quantum dynamics of spin current through high-frequency noise measurement

点击翻译按钮获取中文摘要

外場に対する物質の応答を理解することは、物性物理学の大きな目的であり、電子輸送や、電気/磁気モーメントの応答など、その対象は多様である。特に、外場が弱く、系が平衡に近い領域で成り立つ線形応答理論は、物性を理解する一般的な枠組みとなっている。さらに、近年の微細加工技術により、物性物理学の対象は、ナノスケール素子へと展開している。こうした系では、外場や熱ゆらぎの効果が、素励起など系に内在するエネルギースケールを上回ることで、応答やダイナミクスの非線形性や相互作用の効果が顕著に現れる。しかし、こうした非線形・非平衡状態を理解し制御するための一般的な枠組みは知られておらず、今なお挑戦的な問題となっている。その探究の舞台として、本研究では、磁気トンネル接合（Magnetic tunnel junction, MTJ）に注目し、スピンに依存する様々な非線形・非平衡現象の解明に取り組んできた。最終年度となる本年は磁気トンネル接合における非線形輸送測定・高周波測定を活用し、前年度から取り組んでいた（１）スピン流を用いた非線形磁化ダイナミクスの励起、（２）磁気トンネル接合素子におけるスピン依存非線形輸送、についての研究を進行させた。その結果、（１）は筆頭著者論文1編、共著論文1編の論文出版として結実し、また（２）も現在筆頭著者として論文投稿中であるなど、十分な成果が得られている。なお、（２）の成果発表により、日本物理学会2020年秋季大会において学生優秀発表賞を得た。以上のように、本研究で得られた実績は、物質が示す多彩な応答やダイナミクスを理解し制御するという物性物理学に、直接貢献するものであるとともに、新しい原理に基づいたメモリや計算素子など、新しいテクノロジーの開発にもつながることが期待される。