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Exploration of angular momentum current science and its application to spin-orbit electronics

角动量流科学探索及其在自旋轨道电子学中的应用

基本信息

批准号：
22H04964
负责人：
安藤和也
金额：
$ 126.3万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-27 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22H04964/
关键词：
スピントロニクス

项目摘要

2022年度は、強磁性体における軌道流の長距離伝導を観測することに成功した。強磁性体では、spin dephasing機構によってスピン流は数原子層で消失する。一方、軌道流にはこの機構が作用せず、強磁性体において10 nm以上もの距離を伝導する証拠が今回得られた。スピン流と軌道流はいずれも電子の角運動量の流れであり、両者を区別する困難さから、軌道流の存在はこれまでの研究の中でスピン流に隠されてきた。今回の結果は、スピン流と軌道流の本質的違いを明らかにしたものであり、軌道流の存在を強く示す証拠であるだけでなく、今後の軌道流研究の基本的手法となることが期待される。上記成果は、軌道流が特に顕在化することが期待されたスピン軌道相互作用の弱い系において得られたものである。これに対し、スピン軌道相互作用が強い系ではスピン流と軌道流の競合が期待される。そこで、スピントロニクスで最も広く用いられてきた重金属の一つである5d遷移金属Wに注目し、強磁性金属/W構造における電流誘起トルクを系統的に調べた。強いスピン軌道相互作用のため、この系における角運動量ダイナミクスを支配しているのはスピンホール効果とスピン流であるとこれまで考えられてきた。しかし今回、強いスピン軌道相互作用に特徴づけられるこの系においても、軌道ホール効果と軌道流が重要となることが明らかになった。特に、薄膜領域ではスピンホール効果によるスピン流、厚膜領域では軌道ホール効果による軌道流が電流誘起トルクを支配していることを見い出した。本研究の開始以前、軌道流は、数原子層で消失すると予想されていた。今回観測されたスピントルクと軌道トルクのクロスオーバーは、軌道流がスピン流よりも一桁以上長距離伝導することを示すものであり、角運動量輸送における軌道自由度の重要性を明らかにしたものである。以上の成果をCommunications Physics 6, 32 (2023)に発表した。

Successful measurement of long-distance conduction of ferromagnetic materials in 2022 Ferromagnetic material is composed of several atomic layers. A square, orbital flow and other mechanisms for action, ferromagnetic materials in the distance of more than 10 nm, the proof of this return Orbital flow is difficult to distinguish between angular motion of electrons and orbital flow The results of this paper are as follows: the nature of orbital flow is not clear, the existence of orbital flow is strongly demonstrated, and the basic methods of future orbital flow research are expected. The above results show that the orbital flow is in the process of transformation. The orbital interaction is strong, and the orbital flow is expected to coincide. The most important part of the system is the transfer of heavy metals to ferromagnetic metals. Strong orbital interaction and angular motion Orbital interaction is characterized by the presence of strong particles in the orbit, and the presence of strong particles in the orbit results in the presence of strong particles. In particular, the thin film domain is dominated by the track current and the thick film domain is dominated by the track current. Before this study began, orbital flow and atomic layers disappeared. The importance of orbital freedom in the measurement of orbital flow over long distances is clear. These results were published in Communications Physics 6, 32 (2023).