Study on tunable spin-wave spin current

Research Project

Project/Area Number	21H01798
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 29010:Applied physical properties-related
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	Ohshima Ryo 京都大学, 工学研究科, 助教 (10825011)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000) Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000) Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000) Fiscal Year 2021: ¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000)
Keywords	スピントロニクス / スピン波 / スピン波スピン流
Outline of Research at the Start	本研究は、磁性体/非磁性体界面のスピン軌道相互作用とそのゲート電圧変調により、磁性金属薄膜中のスピン波スピン流を自在に制御することを目的とする。磁性体中のスピン波スピン流は、薄膜化により(i) チャネル表面・界面での外因性散乱の顕在化による緩和の増大や(ii) チャネル表面と裏面でのスピン波同士の結合により整流性が得られないといった課題を有する。本研究提案では、バッファ層導入による外因性散乱の低減やイオンゲートを用いた薄膜金属・金属多層膜の物性変調によりチャネルの対称性を制御することで、薄膜磁性体におけるスピン波スピン流の伝導特性の電圧変調を可能とする。
Outline of Final Research Achievements	This study aims to realize a control of spin-wave spin current in a waveguide made of ferromagnetic metals. A decay of spin-wave spin current by attaching gate electrodes and its origin were studied. A modulation of magnetization damping via introducing several buffer layers and applying gate electric field was studied by a ferromagnetic resonance measurement. Systematic studies on spin-wave spin current transport in nonmagnetic/ferromagnetic bilayers enables us to find a condition to realize the separation of spin-wave spin current in top/bottom sides.
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	スピン波スピン流は、スピン情報を利用した省電力スピントロニクスデバイスへの応用が検討されている。本研究の成果はスピン波スピン流の回路設計に指針を与えるとともに、電荷レスの情報輸送というスピン波スピン流の特徴を活かすジュール熱による損失の小さな制御手法であるゲート電圧によるスピン波スピン流の緩和・整流性・動作周波数の制御の実現に大きく貢献する結果と言える。