2015 Fiscal Year Annual Research Report
膜厚方向スピン配列制御と3次元マグノニクスへの展開
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15H03995
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
松山 公秀 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 教授 (80165919)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 輝光 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 助教 (20423387)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電子デバイス・機器 / スピンエレクトロニクス / データストレージ / スピン波 / マグノニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・異種磁性層の界面交換結合と微細加工により創出される3次元スピン波のダイナミク解明と機能応用に向け，本年度は以下のような研究成果を得た．
1) 10 GHz以上の高周波域での高効率スピン波励起が可能な，高磁気異方性・低損失スピン波媒体として，MnGa, MaAl, FePd合金薄膜の各々について成膜条件，組成比，膜厚と磁気特性との相関を系統的に調べた．FePd膜については，連続的な磁気特性制御が可能なFe及びPdターゲットからの交互成膜法により，良好な角型ヒステリシス特性を示す垂直磁化膜の作製条件を明らにすると共に，界面磁壁の形成を示唆する2段階ヒステリシスを確認した．
2) 本年度科研費により設備された広帯域シグナルアナライザーにより，ミリ波域スピン波動特性評価システムを構築した．スピン波検出信号が微弱となる垂直磁化膜中の静磁前進体積波の観測に先立ち，大振幅のスピン波励起が可能な面内磁化膜中の静磁表面波を用いた測定系整備と高感度スピン波検出技術の確立を図った．具体的には，対向配置した1対のスピン波発生器により定在スピン波を励起することにより，－20dBmの微弱マイクロ波入力に対するスピン波共鳴応答の観測及び，位相変調機能の検証実験に成功した．
3) 異なる磁気異方性を有する交換結合2層膜について，マイクロマグネティクスシミュレーションを行い，数10nmオーダの薄膜においても歳差運動振幅が膜厚方向に非一様となり，スピン波様態が3次元的になることを明らかにした．また，層厚比によりスピン波共鳴特性が任意に設計可能であることを示し，そのための層間交換結合強度の要件を明らかにした．
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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
多元マグネトロンスパッタリング装置を用いた原子層オーダの交互成膜法により，低磁気損失垂直磁気異方性膜の成膜に成功すると共に，微細加工により形成したスピン波伝送系とコプレーナ構造ミリ波伝送系からなる高感度スピン波ダイナミクス評価系を構築するなど，研究目的達成に向けた評価実験系の整備が順調に行われた．また，計算機シミュレーションにより，微細加工された交換結合多層膜における3次元スピン波の様態を明らかにし，各層磁気特性とスピン波励起効率やスピン波共鳴特性との関係を明らかにするなど， スピン波の機能応用に向けた材料系及び素子構造に関する設計指針を明確化した．
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| Strategy for Future Research Activity |
ミリ波域信号入出力のための複数の伝送線を配した評価素子を作製し，マグノンを介した信号伝送特性の評価実験を行う．具体的には，入力伝送線を伝搬する入力信号が作る交流磁界によりマグノンを励起し，マグノンと出力伝送線との誘導結合により電気信号に変換しシグナルアナライザによりスペクトル解析を行う．計算機シミュレーションとの比較対応により交換結合多層膜におけるミリ波域信号と3次元マグノンとの相互変換機構の詳細を明らかにする．2入力間の位相差に応じた電気出力を得る本評価素子の構造は，伝送線路構造のミリ波位相比較等への応用が可能であり，実用的観点から動作電力効率，線形動作性能等についても評価する．
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