プロジェクトについて
本プロジェクトについて
スピンとは？
スピンとは、電子が内部自由度として持ちます。この不思議な素粒子の回転は、1928年に発表されたディラックの相対論的量子論から導かれる、電子の生来の性質と理解されています。
この理論によれば、スピンはそれぞれ±?/2の角運動量を持つ、アップとダウンの二つの状態を取りうる離散的な回転と表現されます。この小さくも永続的な回転は、磁性や超伝導といった物質中で起きる種々の現象において非常に重要な役割を担っています。このスピンの振る舞いを解き明かそうと、スピン科学は活発な研究領域として知られています。
スピントロニクスの勃興
近年におけるスピン科学の発展は、スピントロニクスの勃興と言えるでしょう。
スピントロニクスでは、スピンの二つの離散的な状態をビットとして、スピンを情報のキャリアとして活用しています。スピントロニクスでは、ムーアの法則の限界を打ち破り、既存のエレクトロニクスよりもエネルギー効率の良い素子を実現しようと挑戦が続いています。
スピントロニクスの高いエネルギー効率を実現する要因の一つは、スピン流です。従来のエレクトロニクスは、電荷を情報のキャリアとして利用するため、情報を伝えるために必ずジュール熱が発生します。それに対してスピントロニクスでは、電流に代わってスピン流が情報を伝えます。スピン流はジュール熱を発生しないので、高いエネルギー効率が実現されます。このスピン流はスピントロニクスの利点を活かす鍵であり、現代のスピン科学の舞台での主役です。
スピン流の基礎物理の解明
スピン流が実際に観測される様になったころ、スピン流に関する基礎理論は全くありませんでした。電磁気学を支配するマクスウェル方程式をみると、そこにスピン流の姿はどこにもありません。齊藤教授の研究チームによる先駆的な研究によって、スピン流の基礎法則と呼ぶべき現象が発見されてきました。その基礎法則は電流の基礎法則に対応付けて考えることができます。
まず電流におけるファラデーの法則に対応して、磁化が変化するとスピン流が流れる”スピンポンピング”があります。また、電流におけるアンペールの法則に対応して、スピン流が流れると電場が発生する”逆スピンホール効果”があります。この基礎法則の確立によって、「スピンの歳差運動からスピン流を作り、そのスピン流が電圧を作り出す」という、スピンに仕事をさせるという可能性が示されました。
スピンは一方向にしか回らない
スピン流の基礎法則を探る研究は、スピンゼーベック効果という驚くべき現象の発見につながりました。スピンゼーベック効果は、熱的に励起されたランダムな運動が、スピンの歳差運動を引き起こし、この歳差運動から前述の基礎法則によって電圧が発生する現象です。一見すると熱力学の法則を破っている様に見えるこの現象を可能にしている要因の一つは、スピンが時間反転対称性を破っているからと言えます。言い換えれば、スピンが反時計回りにしか回転できないため、ランダムな外力であっても、適切な熱的非平衡を実現すれば、スピンの一方向の歳差運動だけが励起されます。
スピントロニクスから
スピン整流へ
このようにスピントロニクスから始まったスピン流の研究は、非平衡系において揺らぎからエネルギーを作り出す原理を見出しました。我々のプロジェクトは、様々な系において、スピンによるエネルギーハーベストを実現することを目指しています。この新たなスピン科学「スピン量子整流」を、日本が先導する新たな学問領域として、発展させていきます。
プロジェクトメンバー
開発総括
- 齊藤英治 Dr./Prof.
- 齊藤英治は東京大学教授および東北大学AIMR 主任研究者であり、スピン科学における世界的リーダーです。齊藤教授の先駆的研究は逆スピンホール効果、スピンゼーベック効果といった数々の新現象の発見として知られています。齊藤教授は研究総括として、プロジェクト全体の指揮を執ります。
先端スピン流科学グループ
- 吉川貴史 Dr./Research Leader
- 吉川貴史は東北大学助教です。スピンゼーベック効果の基礎物理において、その黎明期から研究を続けており、世界的なスピンゼーベック効果に精通した若手研究者の一人です。吉川助教は先端スピン流科学グループのリーダーとして、研究現場の指揮を執ります。
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メンバー
- 吉川貴史
- 橋本佑介
- Dazhi Hou
- Rafael Ramos
- 塩見雄毅
核スピンダイナミクスグループ
- 前川禎通 Dr./Prof.
- 前川禎通は理化学研究所上級研究員／特別顧問です。前川上級研究員はスピントロニクスの基礎を築いた理論物理学者として世界的に知られ、日本のスピン科学を代表する研究者です。前川上級研究員はスピンダイナミクスグループに参画します。
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メンバー
- 前川禎通
- 針井一哉
- 安立裕人
- 岡安悟
- 中堂博之
- 佐藤正寛
- 家田淳一
- 小野正雄
- 堤康雅
スピンゼーベック
効果応用グループ
- 石田真彦 Dr./Research Leader
- 石田真彦は日本電気株式会社の主任研究員です。石田研究員は、スピンゼーベック効果の応用研究等を通じて、エナジーハーベストに関する貢献で知られています。石田研究員はスピンゼーベック効果応用グループのリーダーとして、研究現場の指揮を執ります。
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メンバー
- 石田真彦
- 井原和紀
- 染谷浩子
- 桐原明宏
プロジェクトヘッドクォーター
- 追川康之 MSc./Research Manager
- 追川康之は東北大学特任助教です。追川特任助教は、スタートアップ、知財マネジメント、技術移転等の経験を活かし、プロジェクト全体のマネジメントを行います。
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メンバー
- 追川康之
- 皆川麻利江
研究アドバイザー
- 小野 崇人 Dr./Prof.
- 小野崇人は本プロジェクトの研究アドバイザーであり、東北大学機械システムデザイン工学専攻教授です。小野教授はMEMS/NEMSに関する研究で高名な研究者であり、本プロジェクトでは機械工学とスピン科学の仲介役として助言を行います。
研究アドバイザー
- 小野 崇人 Dr./Prof.
- 小野崇人は本プロジェクトの研究アドバイザーであり、東北大学機械システムデザイン工学専攻教授です。小野教授はMEMS/NEMSに関する研究で高名な研究者であり、本プロジェクトでは機械工学とスピン科学の仲介役として助言を行います。
