電子流体力学で切り拓くスピントロニクスのフロンティア

本課題では流体力学的アプローチを基軸として、電子流体力学とスピントロニクスの融合を目指している。このような方法論は、その汎用性の高さから粘性効果や非線形性、結晶対称性を直観的に取り扱うことができるため、従来のスピントロニクスの困難を解決する画期的な方法であると期待される。本年度はまず、流体中の渦度と電子の角運動量の結合に注目し、電子流体において粘性がもたらす新奇な角運動量流としてバレー輸送現象を明らかにした。流体粒子の内部角運動量を取り扱う枠組みであるマイクロポーラ流体力学を参考に、電子の持つバレー角運動量を含む電子流体理論を定式化した。これにより、内部角運動量と渦度との間に生じる回転粘性がバレー流を生成することを明らかにした。以上の成果は国際論文誌に投稿中である。また電子流体力学の新たな研究の方向性として、流体力学の主役を電子から磁性体中のマグノンに置き換えた「マグノン流体力学」の構築も目下の課題である。本年度はまず、マグノン流体力学の定式化を行ったのち、マグノンの運ぶスピン流と熱流の関係性に着目することにより、従来成り立つWiedemann-Franz則がマグノン流体中では大きく破れることを明らかにした。これは流体力学領域に特有な現象であり、マグノン同士の散乱過程においてスピン流と熱流の緩和プロセスが異なることに起因する。スピン流と熱流の関係性に焦点を置いた本研究は、スピンカロリトロニクス分野に対しても新たな知見を与えると期待される。本成果は国際論文誌Physical Review Letters にて受理済みである。

本課題では流体力学的アプローチを基軸として、電子流体力学とスピントロニクスの融合を目指している。このような方法論は、その汎用性の高さから粘性効果や非線形性、結晶対称性を直観的に取り扱うことができるため、従来のスピントロニクスの困難を解決する画期的な方法であると期待される。本年度はまず、流体中の渦度と電子の角運動量の結合に注目し、電子流体において粘性がもたらす新奇な角運動量流としてバレー輸送現象を明らかにした。流体粒子の内部角運動量を取り扱う枠組みであるマイクロポーラ流体力学を参考に、電子の持つバレー角運動量を含む電子流体理論を定式化した。これにより、内部角運動量と渦度との間に生じる回転粘性がバレー流を生成することを明らかにした。以上の成果は国際論文誌に投稿中である。また電子流体力学の新たな研究の方向性として、流体力学の主役を電子から磁性体中のマグノンに置き換えた「マグノン流体力学」の構築も目下の課題である。本年度はまず、マグノン流体力学の定式化を行ったのち、マグノンの運ぶスピン流と熱流の関係性に着目することにより、従来成り立つWiedemann-Franz則がマグノン流体中では大きく破れることを明らかにした。これは流体力学領域に特有な現象であり、マグノン同士の散乱過程においてスピン流と熱流の緩和プロセスが異なることに起因する。スピン流と熱流の関係性に焦点を置いた本研究は、スピンカロリトロニクス分野に対しても新たな知見を与えると期待される。本成果は国際論文誌Physical Review Letters にて受理済みである。