Physical properties of topological spin textures and fundamentals toward its applications
| Project/Area Number |
21H01364
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
劉 小晰 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (10372509)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
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| Keywords | Spintronics / Topological spintexture / スピンテクスチャ / トポロジカル / 論理演算素子 / メモリ素子 / スピントロニクス / トポロジカルスピンテクスチャ / トポロジカルスピン論理素子 / トポロジカルスピンニューラルネットワーク / トポロジカルスピン量子ビット / トポロジカル磁性体 / 磁気スキルミオン / トポロジカルスピンメモリー / 磁性薄膜 / キラリティー / 磁性メモリー・論理素子 |
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| Outline of Research at the Start |
磁気スキルミオン、磁気渦、キラリティー磁壁などトポロジカルスピンテクスチャはスピン流、電圧、光、スピン波など多数な物理量と相互作用するため、より自由度の高い制御ができる。高密度メモリ、高速論理回路、高密度蓄電池など幅広い様々な分野への応用を期待され、注目を浴びている。
本研究では、理論的、実験的に各種トポロジカルスピンテクスチャとスピン流、電圧、光、スピン波の相互作用メカニズムを解明すると共に、その低消費電力性、高速性、高密度性を実証する。すなわち、『トポロジカルスピンテクスチャの次世代論理演算・メモリ素子への応用の基盤を構築する』ことが本研究の目的である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度では、引き続き磁気スキルミオンの量子ビットへの応用、磁気スキルミオン論理ゲート、ソリトンとしたの磁気スキルミオンの集合的な振る舞いの特徴、応用に関して、実験並びにシミュレーションを行った。磁気スキルミオンを利用したユニバーサル量子ビットを初めて提案しました。フラストレートした磁石の中の磁気スキルミオンはヘリシティ自由度を持ち、二重に縮退したブロッホ型スキルミオンは磁気双極子間相互作用によってエネルギー的に有利になる。 磁性二重層系におけるナノスケールのスキルミオンに基づいてユニバーサル量子計算が可能であることが示された。 1量子ビットの量子ゲートは、電場とスピン流を制御することで実現される。 2量子ビットゲートはイジング型交換結合を利用して実現できると証明した。外部磁場の不要な点な本提案の大きな特徴となる。 これらの結果は、ナノスケールのトポロジカルスピンテクスチャーに基づくユニバーサル量子計算への道を開く。 関連する結果は、Physical Review Letters に掲載された。さらに、ノッチ付き強磁性ナノトラックにおける磁区再配向が、ナノトラックに垂直な固定面内方向に均一な磁場パルスを印加することによって実現され、効果的に制御できることを報告した。 結果として、ノッチ付きナノトラック内の磁区の構成は、磁場パルスによって駆動される可逆的な方法でヘッドツーヘッド状態とテールツーテール状態の間で切り替えられるが、反転する必要がないことを示した。 磁場の方向。 このような独特の磁区再配向ダイナミクスは、磁気パラメータとナノトラックの形状に依存することがわかった。関連する結果は、Physical Review B に記事として掲載されました。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(35 results)
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[Presentation] Configurable Pixelated Skyrmions on Nanoscale Grids2022
Author(s)
X. Zhang, J. Xia, K. Shirai, H. Fujiwara, O. Tretiakov, M. Ezawa, Y. Zhou, X. Liu,
Organizer
The 2022 Joint MMM-INTERMAG Conference, Online Meeting,
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[Presentation] Configurable Pixelated Skyrmions on Nanoscale Grids2021
Author(s)
X. Zhang, J. Xia, K. Shirai, H. Fujiwara, O. A. Tretiakov, M. Ezawa, Y. Zhou, X. Liu,
Organizer
第４５回日本磁気学会学術講演会, Online Meeting,
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[Presentation] Static Structures and Dynamics of Frustrated Topological Spin Textures2021
Author(s)
X. Zhang, J. Xia, M. Ezawa, O. Tretiakov, H.T. Diep, Z. Hou, W. Wang, G. Zhao, Y. Zhou, X. Liu
Organizer
The 2021 IEEE International Magnetics Conference, Online Meeting
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