2015 Fiscal Year Annual Research Report
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15J07126
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
児玉 俊之 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2017-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / マイクロコイル / 磁気カイラル効果 / 強磁性共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、強磁性金属のマイクロコイル構造をボトムアップ手法で作製すること、および磁気共鳴の起源の解明と、非相反現象といった特異な電磁波応答を調べることである。本年度は、薄膜の内部応力を利用した強磁性金属のマイクロコイルの作製と、磁気共鳴測定を主に行った。
過去に、複数の磁性コイルを基板固定した試料から特異な磁気共鳴を観測していたが(T. kodama et al.,Appl. Phys. A 2016)、共鳴の詳細な起源については不明であった。そこで、試料作製手法を改良し、単一の磁性コイルでの測定を行った。新たな作製手法ではフリースタンディングの磁性コイルを、巻き方向を制御して作製することに成功した。そのコイルを一つだけ基板に固定し、キャビティを用いた磁気共鳴測定を行った。また、数値計算から共鳴をフィッティングするため、高感度の交番磁界勾配型磁力計を用いて磁化測定を行った。さらに、磁性コイルの詳細な磁気パラメータを見積もるため、平行伝送線路とベクトルネットワークアナライザーを用いた磁気共鳴測定を行った。それらの結果、磁性コイルでの磁気共鳴の詳細なメカニズムが明らかになり、さらに磁場を印加したときの磁化構造も明らかになった(T.Kodama et al., submitted.)。
本研究で確立した、ボトムアップ型マイクロコイルの作製手法は、磁性体のみならず、薄膜応力を誘起する材料であれば、非磁性金属や、さらには非金属においても応用可能である。そのため、三次元MEMSの新たな作製手法としても広く波及が期待される。また、本研究で明らかになった磁気共鳴の起源と磁化構造は、次のステップである非相反現象を調べる際に、非常に重要な知見となる。
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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
本年度の目的であった、磁性マイクロコイルの作製手法の確立と、磁気共鳴の起源解明を達成した。
当初の予定であった、薄膜の応力を制御した、コイルの直径や巻き数の制御には至らなかった。しかし、単一のコイルを測定することに成功しているため、直径の異なるコイルの中から任意のコイルを選択することで、課題を乗り越えた。また、コイルの巻き数を制御する点に関しては、コイルを形成する短冊の長さを変えることで、課題を達成した。
磁気共鳴の起源解明には、磁性コイルの磁化測定が必要不可欠であった。しかし、通常の測定装置では、磁化の値が検出感度以下であったため、高感度の磁化測定装置を用いて測定を行った。その結果、磁性コイルの磁化を算出することに成功した。これまでは磁場掃引での磁気共鳴測定であったが、詳細な議論のためには、周波数掃引の測定が必要であった。そこで平行伝送線路を用いた測定を行った。そして単一磁性コイルの測定に成功した。以上の結果から、数値計算を行い、磁性コイルの特異な磁気共鳴の起源と磁化構造を明らかにした。
以上のように、当初の目標を達成しており、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点で、磁性マイクロコイルの作製手法の確立と磁気共鳴のメカニズムの解明は達成されている。当初の予定では、磁性コイルのスピンダイナミクスを解明する予定であったが、マイクロスケールでのコイルでは、構造を反映したスピンダイナミクスの観測は困難であると考えられる。そこで、現時点で安定して作製できるマイクロコイルでの、磁気カイラル効果といった非相反現象の実験的観測を目指す。磁性コイルのような、時間反転対称性と空間反転対称性は同時に破れている系で、磁気カイラル効果は期待される。磁気カイラル効果の観測ために、平行伝送線路を用いたマイクロ波の透過測定を予定している。
すでに予備的実験として、単一の磁性コイルでの信号の測定には成功している。磁気カイラル効果を引き起こすためには、マイクロ波の伝搬方向と平行な外部磁場が必要となる。しかし現時点では、外部磁場はマイクロ波の透過方向に垂直に印加されている。そのため、測定系の改良が必要となる。新たな電磁石はすでに購入されており、伝送線路基板の準備も着々と進んでいる。測定では、磁性コイルのカイラリティや、磁場方向に依存した非相反現象の反転を調べる予定である。
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