Study on multi-scale angular momentum conversion and generation of mechanical rotation from electron spin
| Project/Area Number |
21H04565
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
|
|---|
| Research Institution | Keio University |
|---|
Principal Investigator |
能崎 幸雄 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30304760)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松尾 衛 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 客員研究員 (80581090)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥43,420,000 (Direct Cost: ¥33,400,000、Indirect Cost: ¥10,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Fiscal Year 2021: ¥26,910,000 (Direct Cost: ¥20,700,000、Indirect Cost: ¥6,210,000)
|
|---|
| Keywords | スピン流 / スピン渦度結合 / 表面弾性波 / スピン波 / 磁気弾性波 / スピン回転結合 / スピン角運動量 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
物質の磁気に関する根源的な問いから発見された磁気回転効果は、力学的回転と電子の軌道・スピン角運動量が可換であることを示唆しており、ナノメカトロニクス(力学)とスピントロニクス(電気・磁気)を融合する重要な鍵として注目を集めている。申請者らは、格子点がGHz帯で超高速に回転するフォノンの局所角運動量から、磁気を生み出すことに世界で初めて成功し、磁気回転効果の固体デバイス応用を目指している。本研究では、薄膜試料の磁気から音波を生み出す逆変換を実証し、デバイス化に不可欠な磁気と音波の双方向変換を実現する。さらに、磁気回転効果の素過程に関する未解明問題に挑戦し、磁気回転効果を最大化する要件を解明する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、強磁性薄膜試料の磁気から音波（SAW）を生み出す逆変換を実証し、デバイス化に不可欠な磁気と音波の双方向変換を実現することである。本年度は、ベクトルネットワークアナライザを用いて磁気の波と音波の相互作用により発生する磁気弾性波の振幅と位相、及び非相反性（磁気と音波の相互作用が磁気弾性波の磁化方向と伝搬方向により非対称化する現象）の材料・結晶構造依存性を調べた。前年度に高品質エピタキシャル膜の成長に成功した強磁性絶縁体（フェリ磁性体イットリウム鉄ガーネット（YIG））では、多結晶YIG膜に比べて大幅な磁気特性向上（飽和磁化の増加、ダンピング定数の減少）が見られたものの、磁気弾性波の励起効率は同程度の磁気特性を持つ金属強磁性体に比べて極めて小さいことが分かった。この結果は、磁気と音波の結合において伝導電子の寄与を考慮した理論が不可欠であることを示唆している。そのため、伝導電子の速度場の渦度と磁気の結合に関する微視的理論と、音波（格子変位の速度場の渦度）と磁気の結合に関する微視的理論を拡張し、伝導電子、磁気、音波が協奏する現象を取り扱うことできる新しい理論構築が今後の課題である。
また、音波を励起する単結晶圧電基板と格子定数の整合性が高い金属強磁性薄膜において、磁気弾性波の共鳴スペクトルの線幅がわずかな磁化方位の違いにより急激に変化することを発見した。線幅の大きさは、磁気と音波の相互作用の強度と密接に関係する。今回の結果より、圧電基板と金属強磁性薄膜を格子整合させ、磁化ベクトルに対する音波の相対的な伝搬方向を精密に制御することにより、磁気から音波への変換効率を飛躍的に向上させることができることを明らかにした。本成果は、磁気回転効果のデバイス応用に必要な圧電材料と強磁性材料の複合化に関する材料科学の指針を与えるものと期待される。
|
| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| 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。
|
Report
(4 results)
Research Products
(35 results)
