Efficient terahertz emission based on spin caloritronics
| Project/Area Number |
18KK0377
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Field |
Applied materials
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| Research Institution | Nagoya University (2020-2022)
Tohoku University (2018-2019) |
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Principal Investigator |
水口 将輝 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (50397759)
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| Project Period (FY) |
2019 – 2023
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000)
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| Keywords | スピンエレクトロニクス / スピンカロリトロニクス / テラヘルツ波 / ネルンスト効果 |
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| Outline of Research at the Start |
超短パルスレーザーを用いたスピンダイナミクスの研究手法を取り入れることにより、スピンカロリトロニクスを基軸とした高効率テラヘルツ波の発生機能の開拓を目指す。成熟期に入ったスピントロニクスの発展分野の一つとして、電流・スピン流と熱流との相関を取り扱う「スピンカロリトロニクス」とよばれる新しい研究が注目を集めている。この分野で注目されている異常ネルンスト効果を基軸とした、全く新しいテラヘルツ波の発生原理を実証し、その高効率化を図る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、超短パルスレーザーを用いたスピンダイナミクスの研究手法を取り入れることにより、スピンカロリトロニクスを基軸とした高効率テラヘルツ波の発生機能の開拓を目指すことである。具体的には、熱磁気効果を用いて全く新しいテラヘルツ波の発生原理を実証し、その高効率化を図ることを目的とする。今年度は、渡航前の予備実験として、熱スピン流から異常ネルンスト電圧への変換過程について考察を深めるため、テラヘルツ波の発生用に利用するナノスケールの磁性ナノ超構造における熱磁気効果を詳細に調べた。スパッタリング法によりさまざまな組成比を有するCo-Ge薄膜を作製し、異常ホール効果および異常ネルンスト効果を室温で測定した。Geの添加量を増加させたところ、異常ホール効果、異常ネルンスト効果ともに組成に依存して大きな変化が見られた。また、熱励起によるスピン波制御を目的とし、Feガーネット薄膜に対してコプレーナウェーブガイドから高周波を印加した場合の、熱励起によるスピン波集中効果を調べた。シミュレーションにより、明確な集中効果を観測することができた。これらの結果は、高効率なテラヘルツ波の発生機能の創出に大きく寄与するものであると考えられる。また、国内外の学会や研究会に参加することにより、テラヘルツ波の発生原理などについての多くの関連した知見や情報を得ることができた。さらに、渡航時の具体的な測定の手法や測定時期などについて、渡航先の研究者と詳細な議論を行った。これにより、今後の研究の方向性と研究計画を立案することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
渡航後の研究の展開に向けて、準備と予備実験がおおむね順調に進んでいる。渡航先の研究者とは、具体的な試料の構造や測定の手順などについて議論を重ねており、渡航後の綿密な研究計画が立ちつつある。また、研究計画に沿った試料の準備や、情報収集、渡航中の国内での代替要員の確保も行い、渡航に向けた準備が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、渡航前に全ての試料の準備と渡航後の研究スケジュールの立案を完成させる。その後、渡航計画を立案し、実際に渡航して研究を開始する。まず、多層構造やナノスケールの磁性ナノ超構造に対してフェムト秒レーザーを照射することにより高速な熱勾配を局所的に生じさせる。短パルス熱流が金属内で伝播することにより、超高速な熱磁気効果の電圧信号が得られるため、テラヘルツ波が発生すると考えている。帰国後は、得られたデータを元に、データの整理と解析を行う。同時に、この原理の理論的な解釈を行い、実験への効率的なフィードバックを図る。
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Report
(4 results)
Research Products
(23 results)
