主に場の量子論、非平衡グリーン関数法を用いてスピン角運動量を媒介とする非平衡現象を研究しています。
スピン接続の物理
スピントロニクス分野では電子の持つ電荷に加えてスピン角運動量も利用し、様々な機能発現を目指しています。
私は従来のスピントロニクスで利用されてこなかった、物質の回転運動に伴う力学的角運動量と電子の持つスピン角運動量の相互作用を用いたスピン制御およびスピン流生成の理論構築と実証実験提案を行ってきました。
回転運動する物質は非慣性系であり、その中の電子の性質を調べるには、慣性系で記述されてきた物性理論を非慣性系に拡張する必要があります。非慣性系では、スピン接続と呼ばれるゲージ場が発現し、スピンと力学的角運動量の相互作用が可能になります。
これまでに、剛体回転・振動、弾性変形、流体運動に伴う力学的角運動量を用いたスピン制御とスピン流生成の理論予言を行い、実証実験 の理論解析も行っています。
- 剛体回転・振動によって生じるスピン軌道相互作用とスピン流生成
- “Effects of mechanical rotation on spin currents”,
M. Matsuo, J. Ieda, E. Saitoh, and S. Maekawa,
Physical Review Letters 106, 076601 (2011), PRL Editors’ Suggestion. - “Spin current generation due to mechanical rotation in the presence of impurity scattering”,
M. Matsuo, J. Ieda, E. Saitoh, and S. Maekawa,
Applied Physics Letters 98, 242501 (2011) - “Spin-dependent inertial force and spin current in accelerating systems”,
M. Matsuo, J. Ieda, E. Saitoh, and S. Maekawa
Physical Review B 84, 104410 (2011) - “Effects of mechanical rotation and vibration on spin currents”,
M. Matsuo, J. Ieda, E. Saitoh, and S. Maekawa
Journal of the Korean Physical Socociety 62, No. 10, 1404 (2013).
- “Effects of mechanical rotation on spin currents”,
- 物質中の渦度を用いたスピン輸送
- 弾性変形運動によるスピン流生成
- “Mechanical generation of spin current by spin-rotation coupling”,
M. Matsuo, J. Ieda, K. Harii, E. Saitoh, and S. Maekawa
Physical Review B 87, 180402(R) (2013). - “Spin current generation using a surface acoustic wave generated via spin-rotation coupling”
D. Kobayashi, T. Yoshikawa, M. Matsuo, R. Iguchi, S. Maekawa, E. Saitoh, and Y. Nozaki
Physical Review Letters 119,077202 (2017). PRL Editors’ Suggestion. - Y. Kurimune, M. Matsuo, and Y. Nozaki, “Observation of gyromagnetic spinwave resonance in NiFe thin films”, Physical Review Letters 124, 217205 (2020).
- Y. Kurimune, M. Matsuo, S. Maekawa, and Y. Nozaki, “Highly nonlinear frequency-dependent spin-wave resonance excited via spin-vorticity coupling”, Physical Review B 102, 174413 (2020)
- S. Tateno, G. Okano, M. Matsuo, and Y. Nozaki, “Electrical evaluation of the alternating spin current generated via spin-vorticity coupling”, Physical Review B 102, 104406 (2020)
- “Mechanical generation of spin current by spin-rotation coupling”,
- 液体金属流体運動によるスピン流生成
- “Theory of spin hydrodynamic generation”
M. Matsuo, Y. Ohnuma, and S. Maekawa
Physical Review B 96, 020401(R)(2017). [arXiv:1706.06521] - “Spin hydrodynamic generation”
R. Takahashi, M. Matsuo, M. Ono, K. Harii, H. Chudo, S. Okayasu, J. Ieda, S. Takahashi, S. Maekawa, and E. Saitoh
Nature Physics 12, 52-56 (2016). - R. Takahashi, H. Chudo, M. Matsuo, K. Harii, Y. Ohnuma, S. Maekawa, and E. Saitoh, “Giant spin hydrodynamic generation in laminar flow”, Nature Communications 11, 3009 (2020).
- “Theory of spin hydrodynamic generation”
- 弾性体の捩れ振動によるマグノン流生成理論
- J. Fujimoto and M. Matsuo, “Magnon Current Generation by Dynamicsal Distortion”, Physical Review B 102, 020406(R) (2020) (arXiv:2004.14707)
- 弾性変形運動によるスピン流生成
- 回転によるスピン・磁化制御
- スピン回転結合のバンド間遷移効果による増強効果
- “Renormalization of spin-rotation coupling”,
M. Matsuo, J. Ieda, and S. Maekawa
Physical Review B 87, 115301 (2013).
- “Renormalization of spin-rotation coupling”,
- 回転系の核磁気共鳴
- “Observation of Barnett fields in solids by nuclear magnetic resonance”
H. Chudo, M. Ono, K. Harii, M. Matsuo, J. Ieda, R. Haruki, S. Okayasu, S. Maekawa, H. Yasuoka, and E. Saitoh
Applied Physics Express 7, 063004 (2014). - “Rotational Doppler Effect and Barnett Field in Spinning NMR”
H. Chudo, K. Harii, M. Matsuo, J. Ieda, M. Ono, S. Maekawa, and E. Saitoh
J. Phys. Soc. Jpn. 84, 043601 (2015). - “Line splitting by mechanical rotation in nuclear magnetic resonance”
K. Harii, H. Chudo, M. Ono, M. Matsuo, J. Ieda, S. Okayasu, S. Maekawa, and E. Saitoh
Japanese Journal of Applied Physics 54, 050302 (2015).
- “Observation of Barnett fields in solids by nuclear magnetic resonance”
- 常磁性バーネット効果
- “Barnett effect in paramagnetic states”
M. Ono, H. Chudo, K. Harii, S. Okayasu, M. Matsuo, J. Ieda, R. Takahashi, S. Maekawa, and E. Saitoh
Physical Review B 92, 174424 (2015). - “Gyroscopic g factor of rare earth metals”
Y. Ogata, H. Chudo, M. Ono, K. Harii, M. Matsuo, S. Maekawa, and E. Saitoh
Applied Physics Letters 110, 072409 (2017). - “Enhanced orbital magnetic moment in FeCo nanogranules observed by Barnett effect”
Y. Ogata, H. Chudo, B. Gu, N. Kobayashi, M. Ono, K. Harii, M. Matsuo, E. Saitoh, and S. Maekawa
Journal of Magnetism and Magnetic Materials 442, 329331 (2017).
- “Barnett effect in paramagnetic states”
- スピン回転結合のバンド間遷移効果による増強効果
スピン伝導現象の微視的理論
スピントロニクスでは非磁性金属と磁性体の接合系において、電磁波照射、熱、電流などを印加することによって非磁性金属と磁性体で励起される角運動量のキャリアたちの非平衡状態の差を生み出すことで、接合系の界面にスピンをトンネル伝導させる研究が盛んに行われています。これらは、スピンポンピング、スピンゼーベック効果、スピンペルチェ効果などと呼ばれ、ナノスケールで制御された系で多様な実験が行われています。
また、バルク金属中ではスピンホール効果を始めとするスピン伝導現象も精力的研究されています。
こうした現象に対して、非平衡グリーン関数法などを用いた微視的理論構築を行っています。
- スピンペルチェ効果の微視的理論
- “Theory of the spin Peltier effect”
Y. Ohnuma, M. Matsuo, and S. Maekawa
Physical Review B 96, 134412 (2017). [arXiv:1706.09332]
- “Theory of the spin Peltier effect”
- 強磁性半金属中のスピン伝導
- “Spin transport in half-metallic ferromagnets”
Y. Ohnuma, M. Matsuo, and S. Maekawa
Physical Review B 94, 184405 (2016).
- “Spin transport in half-metallic ferromagnets”
- スピンホール磁気抵抗効果の微視的理論
- T. Kato, Y. Ohnuma, and M. Matsuo, “Microscopic theory of the spin Hall magnetoresistance”, Physical Review B 102, 094437 (2020) arXiv:2005.14494
スピントロニクスとメゾスコピック系物理
スピントロニクスとメゾスコピック物理の架け橋となる研究を目指し、スピン流ノイズに関する基礎的研究を行っています。
- スピンゼーベック効果・スピンポンピングにおけるスピン流ノイズ理論
- “Spin current noise of the spin Seebeck effect and spin pumping”
M. Matsuo, Y. Ohnuma, T. Kato, and S. Maekawa
Physical Review Letters 120, 037201 (2018). [arXiv:1711.00237]
- “Spin current noise of the spin Seebeck effect and spin pumping”
- 強磁性体中の磁気的励起であるマグノンのノイズに関する基礎理論
- “Magnonic noise and Wiedemann-Franz law”
K. Nakata, Y. Ohnuma, and M. Matsuo
Physical Review B 98, 094430 (2018).
[ arXiv:1806.06965 ]
- “Magnonic noise and Wiedemann-Franz law”
- 超伝導体/強磁性体接合系の界面におけるスピン注入とスピン流ノイズの基礎理論
- “Microscopic theory of spin transport at an interface between a superconductor and a ferromagnetic insulator”
T. Kato, Y. Ohnuma, M. Matsuo, J. Rech, T. Jonckheere, T. Martin
Physical Review B 99, 144411 (2019) [ arXiv:1901.02440 ]
- “Microscopic theory of spin transport at an interface between a superconductor and a ferromagnetic insulator”
原子層物質におけるスピン・バレー輸送
- グラフェン/強磁性絶縁体のFMR緩和変調で現れる量子振動
- Y. Ominato and M. Matsuo, “Quantum Oscillations of Gilbert Damping in Graphene”, J. Phys. Soc. Jpn. 89, 053704 (2020). (arXiv:1911.02775)
- 単層遷移金属ダイカルコゲナイドにおけるスピン・バレー輸送の理論
- Y. Ominato, J. Fujimoto, and M. Matsuo, “Valley-dependent spin transport in monolayer transition-metal dichalcogenides”, Physica Review Letters 124, 166803 (2020)
(arXiv:2001.08670 )
- Y. Ominato, J. Fujimoto, and M. Matsuo, “Valley-dependent spin transport in monolayer transition-metal dichalcogenides”, Physica Review Letters 124, 166803 (2020)