| Project/Area Number |
23KK0092
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (International Collaborative Research)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
金井 駿 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (40734546)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土肥 昂尭 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (20972376)
石原 淳 東北大学, 工学研究科, 特任助教 (50801156)
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| Project Period (FY) |
2023-09-08 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥21,060,000 (Direct Cost: ¥16,200,000、Indirect Cost: ¥4,860,000)
Fiscal Year 2026: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2025: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
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| Keywords | スピントロニクス / スピン軌道相互作用 / スピンホールナノオシレーター / 量子ビット / スピンホールナノオッシレーター |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では金属磁性体に幅数十ナノメートルの狭窄部分を設け、電流により磁化発振を行うスピンホールナノオッシレータ(SHNO)素子を調べる。近年、SHNO素子を複数近接させて作製する事により高品質な高周波磁場生成が可能であることが示された。同期発振により磁性体から生じる高周波磁場スペクトルの狭帯域化と高出力化が可能である。本研究では特に、アレイ化SHNO素子の発振特性の素子ジオメトリ依存性を調べ、高効率かつ高品質な高周波磁場源としてのアレイ化SHNO素子作製のための要素技術を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者はこれまでの相手方との共同研究で、磁性体薄膜の成膜を担い、共同研究先で加工したSHNOアレイ素子を用いて、単一SHNO素子の電界による低消費電力制御を達成し[H. Fulara, S. Kanai, J. Akerman, Nat. Commun. 11, 4006 (2020).]、更に4列のSHNO列素子の共振モードの電界制御と、SHNOを利用した脳型計算の原理を実証した。[M. Zehedinejad, S. Kanai, J. Akerman, Nat. Mater. 21, 81 (2022).]。日本側グループ研究者がヨーテボリ大学に渡航してSHNOアレイ素子に加工し、これらの実績と同様の素子加工作製ノウハウを取得する。
初年度である今年度は、まず日本側メンバーによるSHNO素子作製技術の確立を行った。ヨーテボリ大学の相手側研究室に実際に渡航し、現地の素子作製方法、素子測定手法について日本側に導入する用意を行った。また、実際に相手側の研究者を日本側に招き、研究指導を通してノウハウを導入した。
本知見などに基づき、単一のSHNO素子を作製した。日本側で成膜、加工、測定までのすべての工程を行い、ギャップ100nm-200nmの単一SHNO素子における、明瞭なスピントルク発振を観測した。更に、発振スペクトルの３次元磁場依存性を明らかにした。外部のスピン系の励起に必要なSHNO発振角度を見積もり、今後の性能向上に必要となる指標を定量的に明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
単一素子の作製技術は、２０２３年度～２０２４年度にかけて取得することを計画していたが、２０２３年度の半年間で計画を終了した。２０２３年度以降、前倒しでアレイ化素子の作製を遂行する。
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| Strategy for Future Research Activity |
２０２４年度は、（１）SHNO素子のアレイ化による狭線幅・高出力化(渡航研究)及び（２）日本側設備でのSHNOアレイ素子の作製方法の確立に取り組む。
（１）２０２４年４月時点ですでに渡航研究を開始しており、２０２３年度の研究を発展させ、ヨーテボリ大学にてSHNOアレイ素子のQ値・出力強度のアレイジオメトリ依存性を明らかにし、狭線幅・高出力化を図る。デバイスジオメトリ(狭窄部幅、狭窄部の配置間隔、アレイの角度等)が出力(線幅、発振パワー、閾値電流)を決定する機構は必ずしも明らかではないため、これらを実験・理論両面から明らかにする。
（２）日本側研究機関にてSHNOアレイ素子の作製方法を確立する。代表者は東北大学電気通信研究所附属ナノ・スピン実験施設において、電子線描画装置(最大加速電圧100 kV, 最小ビーム径4 nm, 重ね合わせ制度25 nm)他のリソグラフィ設備群を管理しており、日常的にアクセスすることが可能である。
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