Research Abstract

表面プラズモン共鳴によるスピン流生成

Generation of spin currents by surface plasmon resonance

2015年1月8日 Nature Communications 6 : 5910 doi: 10.1038/ncomms6910

表面プラズモンは、金属ナノ構造体における自由電子の集団振動であり、これによって、光-電子相互作用を操作して、サブ波長スケールで光エネルギーを局在させたり、電磁場分布を変えたりできる手段が数多く得られている。したがって、プラズモニクスの研究分野は、ナノフォトニクスとエレクトロニクスを統合するものである。対照的に、エレクトロニクスも新たなスピントロニクスの時代に入っており、そこではスピン流がデバイスの駆動に中心的な役割を担っている。しかし、プラズモニクスとスピン流物理はこれまで独立して発展してきた。今回我々は、表面プラズモン共鳴によるスピン流生成について報告する。我々は、Pt/BiY2Fe5O122層膜に埋め込まれたAuナノ粒子を用いて、Auナノ粒子が表面プラズモン共鳴条件を満たした時に、Pt/BiY2Fe5O12界面近傍にスピン流が生成されることを示す。このスピン流生成は、従来の加熱効果では説明できない振る舞いを示すため、BiY2Fe5O12における表面プラズモン誘起エバネッセント電磁場によって励起される非平衡マグノンを導入する必要がある。このプラズモニック・スピンポンピングは、表面プラズモンとスピン流物理を統合し、プラズモニック・スピントロニクスへの扉を開くものである。

K. Uchida, H. Adachi, D. Kikuchi, S. Ito, Z. Qiu, S. Maekawa & E. Saitoh

Corresponding Author

内田 健一
東北大学 金属材料研究所

Surface plasmons, free-electron collective oscillations in metallic nanostructures, provide abundant routes to manipulate light–electron interactions that can localize light energy and alter electromagnetic field distributions at subwavelength scales. The research field of plasmonics thus integrates nano-photonics with electronics. In contrast, electronics is also entering a new era of spintronics, where spin currents play a central role in driving devices. However, plasmonics and spin-current physics have so far been developed independently. Here we report the generation of spin currents by surface plasmon resonance. Using ​Au nanoparticles embedded in Pt/BiY2Fe5O12 bilayer films, we show that, when the ​Au nanoparticles fulfill the surface-plasmon-resonance conditions, spin currents are generated across the Pt/BiY2Fe5O12 interface. This spin-current generation cannot be explained by conventional heating effects, requiring us to introduce nonequilibrium magnons excited by surface-plasmon-induced evanescent electromagnetic fields in BiY2Fe5O12. This plasmonic spin pumping integrates surface plasmons with spin-current physics, opening the door to plasmonic spintronics.

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