■齊藤研究者の研究結果
誘電体スピントロニクス材料開拓とスピン光機能
 齊藤研究者は、応募前すでに逆スピンホール効果によって金属に注入されたスピンの流れを電気信号としてとりだすことに成功していたが、本領域に応募するに当たって、あえて金属でなく「誘電体」においてスピンの流れを伝搬させるという困難な課題を選んだ。
彼は、①スピンホール効果により電流をスピン流に転換→②スピントルク効果で金属から誘電体にスピン波を転送→③スピン波スピン流を誘電体に沿って伝搬→④スピンポンピングによって金属にスピン波を励起→⑤逆スピンホール効果で電圧として取り出す、というストーリーを立て、②、③、④を順次実証し、最終的にこれらを総合して、世界で初めて「スピン流を使って誘電体に電気を流す」ことに成功した。彼は、さらに誘電体において、熱流をスピン流に変えて逆スピンホール効果で電圧に変換するスピンゼーベック効果を実証したが、この成果は企業からも注目されている。 このように、齊藤研究者は、本さきがけ研究を通じて、スピン流の学理と応用において世界をリードする立場を確固たるものにした。彼の仕事に対する社会の評価は高く、サー・マーチンウッド賞、学士院研究奨励賞はじめ、多数の賞を受賞したほか、22年度にはCRESTにも採択され、スピン流の研究をさらに発展させており、スピン流イノベーションの推進役として活躍が期待される。
サイエンスニュースサイエンスニュース(JSTのインターネットでの動画ニュース)に紹介された。

絶縁体で電気信号を伝える電子スピン流
10/3/11 齊藤英治研究者が文科省記者クラブでプレスレク「絶縁体に電気信号を流すことに成功」
佐藤研究総括による解説
毎日新聞河北新報が一面掲載。東京新聞、日経産業新聞に掲載されたほか、共同通信時事通信アサヒコム日刊工業新聞のネットニュースに流れた。3/12には読売新聞夕刊、3/13には産経新聞にも掲載された。

(1) 論文(原著論文)発表
【本研究テーマ直接の成果(代表的なもの5つ)】
  1. Y. Kajiwara, K. Harii, S. Takahashi, J. Ohe, K. Uchida, M. Mizuguchi, H. Umezawa, H. Kawai, K. Ando, K. Takanashi, S. Maekawa, and E. Saitoh (corresponding author), “Transmission of electrical signals by spin-wave interconversion in a magnetic insulator” Nature 464 (2010) 262-266.
  2. K. Uchida, J. Xiao, H. Adachi, J. Ohe, S. Takahashi, J. Ieda, T. Ota, Y. Kajiwara, H. Umezawa, H. Kawai, G. E. W. Bauer, S. Maekawa, and E. Saitoh (corresponding author), "Spin Seebeck insulator” Nature materials 9 (2010) 894 - 897.
  3. J. Xiao, G. E. W. Bauer, K. Uchida, E. Saitoh, and S. Maekawa “Theory of magnon-driven spin Seebeck effect” Physical Review B 81 (2010) 214418_1-214418_8.
  4. K. Uchida, H. Adachi, T. Ota, H. Nakayama, S. Maekawa, and E. Saitoh, "Observation of longitudinal spin-Seebeck effect in magnetic insulators”Applied Physics Letters 96 (2010) 172505_1-172505_3.
  5. K. Uchida, T. Nonaka, T. Ota, and E. Saitoh,“Longitudinal spin-Seebeck effect in sintered polycrystalline (Mn,Zn)Fe2O4”Applied Physics Letters 97 (2010) 262504_1-262504_3.
    【上記以外の論文】
  1. H.Y. Inoue, K. Harii, K. Ando, K. Sasage, and E. Saitoh, “Detection of pure inverse spin-Hall effect induced by spin pumping at various excitation” Journal of Applied Physics 102 (2007) 083915_1-083915_4.
  2. K. Ando, K. Sasage, K. Harii, and E. Saitoh, “Ferromagnetic resonance spectra in patterned and unpatterned NiFe/Pt films” Physica Status Solidi B 244 (2007) 4522-4525.
  3. K. Harii, K. Ando, H.Y. Inoue, E, Sasage, and E. Saitoh, “Inverse spin-Hall effect and spin pumping in metallic films” Journal of Applied Physics 103 (2008) 07F311_1-07F311_4.
  4. K. Ando, S. Takahashi, K. Harii, K. Sasage, J. Ieda, S. Maekawa, and E. Saitoh, “Electric manipulation of spin relaxation using spin-Hall effect” Physical Review Letters 98 (2008) 036601_1-036601_4.
  5. K. Ando, Y. Kajiwara, S. Takahashi, S. Maekawa, K. Takemoto, M. Takatsu, and E. Saitoh, “Angular dependence of inverse spin-Hall effect induced by spin pumping investigated in a Ni81Fe19/Pt thin film” Physical Review B 78 (2008) 014413_1-014413_6.
  6. K. Uchida, S. Takahashi, K. Harii, J. Ieda, W. Koshibae, K. Ando, S. Maekawa, and E. Saitoh, “Observation of the spin Seebeck effect” Nature 455 (2008) 778-781.
  7. K. Uchida, S. Takahashi, K. Harii, J. Ieda, W. Koshibae, K. Ando, S. Maekawa, and E. Saitoh, ”Phenomenological analysis for spin-Seebeck effect in metallic magnets” Journal of Applied Physics 105 (2009) 07C908_1-07C908_3.
  8. K. Sasage, N. Okamoto1, H. Tsujikawa, T Yamaoka, E. Saitoh, “Magnetic force microscopic study on domain-wall molecules in NiFe nano rings” Solid State Phenomena 152-153 (2009) 529-532.
  9. K. Ando, H. Nakayama, Y. Kajiwara, D. Kikuchi, K. Sasage, K. Uchida, K. Ikeda, and E. Saitoh, “Measurement of spin current using spin relaxation modulation induced by spin injection” Journal of Applied Physics 105 (2009) 07C913_1- 07C913_3.
  10. Y. Kajiwara, K. Ando, K. Sasage, and E Saitoh, “Spin pumping and spin-Hall effect observed in metallic films” Journal of Physics (conference series) 150 (2009) 042080_1-042080_4.
  11. K. Ando, T. Yoshino, and E. Saitoh, “Optimum condition for spin-current generation from magnetization precession in thin film systems” Applied Physics Letters 94 (2009) 152509_1-152509_3.
  12. K. Uchida, T. Ota, K. Harii, K. Ando, K. Sasage, H. Nakayama, K. Ikeda, and E. Saitoh, “Spin Seebeck Effect in Ni81Fe19/Pt Thin Films with different widths” IEEE transactions on magnetics 45 (2009) 2386-2388.
  13. K. Ando, J. Ieda, K. Sasage, S. Takahashi, S. Maekawa, and E. Saitoh, “Electric detection of spin wave resonance using inverse spin-Hall effect” Applied Physics Letters 94 (2009) 262505_1-262505_3.
  14. T. Ota, K. Uchida, Y. Kitamura, T. Yoshino, H. Nakayama, and E. Saitoh “Electric detection of the spin-Seebeck effect in Ni and Fe thin films at room temperature” Journal of Physics (conference series) 200 (2010) 062020_1-062020_4.
  15. T. Yoshino, Y. Kajiwara, K. Ando, H. Nakayama, T. Ota, K. Uchida, and E. Saitoh “Detection of inverse spin-Hall effect in Nb and Nb40Ti60 thin films” Journal of Physics (conference series) 200 (2010) 062038_1-062038_4.
  16. H. Nakayama, K. Harii, Y. Kajiwara, T. Yoshino. K. Ando, K. Uchida, T. Ota, and E. Saitoh “Detection of inverse spin-Hall effect induced in Pt1-xMx (M = Cu, Au) thin films” Journal of Physics (conference series) 200 (2010) 062014_1-062014_4.
  17. S. Takahashi, E. Saitoh, S. Maekawa “Spin current through a normal-metal/ferromagnetic-insulator junction” Journal of Physics (conference series) 200 (2010) 062030_1-062030_4.
  18. K. Ando, M. Morikawa, T. Trypiniotis, Y. Fujikawa, C. H. W. Barnes, and E. Saitoh, "Photo-induced inverse spin-Hall effect: conversion of light-polarization information into electric voltage" Applied Physics Letters 96 (2010) 082502_1-082502_4.
  19. K. Uchida, T. Ota, K. Harii, S. Takahashi, S. Maekawa, Y. Fujikawa, and E. Saitoh, "Spin-Seebeck effects in Ni81Fe19/Pt films" Solid State Communications 150 (2010) 524-528.
  20. K. Sasage, K. Harii, K. Ando, K. Uchida, E. Saitoh, “Modulation of Gyromagnetic Ratio in Ni81Fe19 Thin Film Due to Spin Pumping” Journal of Magnetism and Magnetic Materials 322 (2010) 1425-1427.
  21. K. Ando, T. Yoshino, N. Okamoto, Y. Kajiwara, K. Sasage, K. Uchida, and E. Saitoh, “Angular dependence of inverse spin-Hall effect induced by spin pumping: experimental verification of phenomenological model of spin pumping” Journal of Magnetism and Magnetic Materials 322 (2010) 1422-1424.
  22. K. Uchida, T. Ota, K. Harii, K. Ando, H. Nakayama, and E. Saitoh, "Electric detection of the spin-Seebeck effect in ferromagnetic metals" Journal of Applied Physics 107 (2010) 09A951_1-09A951_5. May.
  23. K. Ando, M. Morikawa, T. Trypiniotis, Y. Fujikawa, C. H. W. Barnes, and E. Saitoh, "Direct conversion of light-polarization information into electric voltage using photoinduced inverse spin-Hall effect in Pt/GaAs hybrid structure: Spin photodetector" Journal of Applied Physics 107 (2010) 113902_1-113902_5. June.
  24. K. Ando, Y. Kajiwara, K. Sasage, K. Uchida, and E. Saitoh, "Inverse spin-Hall effect induced by spin pumping in various metals" IEEE transactions on magnetics. 46 (2010) 1331 - 1333. May 19.
  25. H. Nakayama, K. Ando, K. Harii, Y. Kajiwara, T. Yoshino. K. Uchida, and E. Saitoh “Inverse spin-Hall effect induced by spin pumping in different thickness Pt films” IEEE Transaction on Magnetics 46 (2010) 2202 - 2204. June.
  26. K. Ando and E. Saitoh, "Inverse spin-Hall effect in palladium at room temperature" Journal of Applied Physics 108 (2010) 113925_1-113925_4. December 15.
  27. C. W. Sandweg, Y. Kajiwara, K. Ando, E. Saitoh, and B. Hillebrands, “Enhancement of the spin pumping efficiency by spin wave mode selection” Applied Physics Letters 97 (2010) 252504_1-252504_3. December 21.
  28. H. Adachi, K. Uchida, E. Saitoh, J. Ohe, S. Takahashi, and S. Maekawa, “Gigantic enhancement of spin Seebeck effect by phonon drag” Applied Physics Letters 97 (2010) 252506_1-252506_3. Dec24.

(2)特許出願
研究期間累積件数:4件
  1. 発明者: 梶原瑛祐、内田健一、安藤和也、齊藤英治
    発明の名称: スピントロニクスデバイス及び情報伝達方法
    出願人: 学校法人慶應義塾
    出願日: 2008/6/5
  2. 発明者: 内田健一、梶原瑛祐、中山裕康、齊藤英治)
    発明の名称: 熱電変換素子
    出願人: 学校法人慶應義塾
    出願日: 2008/6/12
  3. 発明者: 梶原瑛祐、齊藤英治
    発明の名称: マイクロ波発振素子及びマイクロ波発振装置
    出願人: 学校法人慶應義塾
    出願日: 2009/4/9
  4. 発明者: 内田健一、齊藤英治
    発明の名称: 熱電変換素子及び熱電変換装置
    出願人: 学校法人慶應義塾
    出願日: 2010/4/30

(3)その他(主要な学会発表、受賞、著作物等)
【プレナリー講演】
  1. 2010年9月19日 ”( Plenary Talk ) Spin current coupled with charge and heat currents” The IEEE 7th International Symposium on Metallic Multilayers (MML2010, Berkeley).

【主要な招待講演】 (招待講演数 計39件)
  1. 2009年5月6日 “Spin Hall Effects and spin Seebeck effect in NiFe/Pt films,” INTERMAG 2009 conference (Sacramento).
  2. 2009年7月27日 “Spin Hall effects and spin Seebeck effect in metallic films” International Conference on Magnetism (ICM 2009)(Karlsruhe, Germany).
  3. 2010年3月18日 “Electric detection of magnetization dynamics through inverse spin Hall effects” American Physical Society March Meeting 2010 (Portland).
  4. 2010年8月12日 “Spin Seebeck effect” Gordon Research Conferences, Magnetic Nanostructures (Lewiston, USA).
  5. 2010年11月17日 “Spin current generation from insulators and metals” Magnetism and Magnetic Materials Conference 2010 (Atlanta, Georgia).

【受賞】
  1. 2008年11月 サー・マーティンウッド賞, 「スピン流生成・検出技術に関する研究」(Mrenium Science Foruum).
  2. 2009年3月 丸文研究奨励賞, 「スピン流生成・検出のための基礎物理現象の開拓」(丸文研究交流財団).
  3. 2009年7月IUPAP Young Scientist Award, 「For the fabrication of highly original nanostructures and for the discovery of important spin transport phenomena, including the spin-Seebeck effect and the inverse spin-Hall effect.」(International Union of Pure and Applied Physics).
  4. 日本物理学会若手奨励賞“Conversion of spin current into charge current at room temperature: inverse spin-Hall effect”.
  5. 第7回日本学術振興会賞「スピン流物理現象及び応用技術の開拓.」
  6. 第7回日本学士院学術奨励賞

【主要な著作物】
  1. 安藤和也、齊藤英治,「スピンポンピングによる逆スピンホール効果の観測」固体物理 42 (2007) 19-28.
  2. 安藤和也、齊藤英治,「スピンホール効果の応用 -スピン流の検出とスピンダイナミクス制御-」応用物理 77 (2008) 836-840.
  3. 齊藤英治,「伝導Ⅱ(スピン流)」応用物理学会スピントロニクス研究会「スピントロニクスの基礎」テキスト(2008) 56-64.
  4. E. Saitoh, “New order for magnetism (news &view)” Nature 455 (2008) 474-475.
  5. 内田健一、齊藤英治、「スピン流生成・検出技術の最前線?スピンホール効果の応用とスピンゼーベック効果の観測?,」 固体物理 44 (2009) 281-291.
  6. K. Ando, and E. Saitoh “Application of direct and inverse spin-Hall effects: electric manipulation of spin relaxation and electric detection of spin currents” in Foundation of quantum mechanics in the light of new technology ISQM Tokyo 08 (World Scientific, 2009) 61-68.
  7. 安藤和也、齊藤英治,「スピン流」科学(岩波書店) 79 (2009) 1029-1033.
  8. 齊藤英治,「スピン依存伝導」応用物理学会スクール「スピントロニクスの基礎」テキスト(2008) 13-21.
  9. 針井一哉、安藤和也、内田健一、中山裕康、梶原瑛祐、齊藤英治、「強磁性Ni81Fe19/非磁性Au 二層膜における磁化ダイナミクススピン注入のマイクロ波強度依存性」表面科学 30 (2009) 688-693.
  10. 中山裕康、安藤和也、針井一哉、梶原瑛祐、吉野達郎、齊藤英治、「Pt1-xMx (M = Cu, Au) 薄膜における逆スピンホール効果」日本磁気学会誌 34 (2010) 337-341. March
  11. 内田健一、齊藤英治、「強磁性金属におけるスピンゼーベック効果の観測,」 まぐね 5 (2010) 283-289. June
  12. 内田健一、齊藤英治、「熱流に付随したスピントロニクス現象」 まてりあ 49 (2010) 357-363. August
  13. 梶原瑛祐、安藤和也、齊藤英治、「磁性絶縁体を用いたスピン流の伝送」 まてりあ49 (2010) 575-579.
  14. 齊藤英治「物理科学、この1年: スピン流科学の進展」パリティ 26 (2011) No.1 32-33. Jan.11

【新聞(国内)】
  1. 2010年3月11日掲載  毎日新聞(朝刊1面) 「絶縁体で電気信号伝達」.
  2. 2010年3月11日掲載  河北新報(朝刊1面トップ) 「絶縁体に電気信号伝達」.
  3. 2010年3月11日掲載  読売新聞(夕刊2面) 「絶縁体に電気信号通す」.
  4. 2010年3月11日掲載  日刊工業新聞 「絶縁体に電気信号通す」.
  5. 2010年3月11日掲載  日経産業新聞 「絶縁体使い伝送」.
  6. 2010年3月11日掲載  山形新聞 「電子の自転を利用 絶縁体に電気通る」.
  7. 2010年3月11日掲載  京都新聞 「絶縁体に電気信号通った!」.
  8. 2010年3月11日掲載  神戸新聞 「絶縁体に電気信号通す」.
  9. 2010年3月11日掲載  宮崎日日新聞 (朝刊3面)「絶縁体に電気信号伝達」.
  10. 2010年3月11日掲載  琉球新聞 「電気信号が絶縁体通る」.
  11. 2010年3月15日掲載  産経新聞 (朝刊14面)「絶縁体で電気信号の伝達に成功」.
  12. 2010年3月16日掲載  朝日新聞(科学欄) 「絶縁体を流れる電気信号発見 東北大」.
  13. 2010年3月19日掲載  科学新聞 (4面) 「電子のスピンを利用‐東北大と慶応大の研究グループ‐絶縁体に電気信号流す方法発見」.
  14. 2010年9月27日掲載  日刊工業新聞 (24面) 「磁性絶縁体から電気エネルギー 原子力機構・東北大が成功」.
  15. 2010年9月27日掲載  電気新聞 (2面) 「絶縁体磁石で熱電発電 原子力機構・東北大学 効率高く多用途期待」.
  16. 2010年10月8日掲載  日経産業新聞 (13面) 「絶縁体から発電技術 スピン振動現象を利用」.
  17. 2010年10月28日掲載  読売新聞 (夕刊9面) 「「熱電変換」のコスト大幅減」.

【その他のメディアでの報道】
  1. news and views “Recipe for spin currents” Nature 455 (2008) 741-742.
  2. 「熱で磁気の流れを作るスピンゼーベック効果を発見」 Nature Digest Vol.6 No.2 (2009) 32-33.
  3. 「絶縁体で電子スピンを送る」現代化学 No. 471 (2010) pp. 13 , 6月1日掲載.
  4. 「絶縁体も電気信号を伝送することを発見」JSTNEWS Vol.7, No. 3 (2010) pp.8-9. (表紙にも採用)
  5. 「絶縁体で電気信号を伝える 電子スピン流」JSTサイエンスニュース 2010年6月1日配信.
  6. 「電流ならぬ「スピン流」物理の開拓」科研費NEWS Vol. 1 (2010) pp. 12.
  7. 5月3日「Japan & World Update」NHK WORLD.
  8. “A magnetic insulator transmits electrical signal via spin waves” Physics Today 2010 vol. 5 13-15.5月
  9. news and views “Think globally but act locally” Nature Materials b (2010) 880-881. September 20
  10. “SCIENCE WATCH: A New Spin on Electric Signal Transmission” The Japan Journal 7 (2010) Vol.6 pp. 30. October 1