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。

 

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
  • 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
  • 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
      arXiv:1901.02440 ]