2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of topological spin-device utilizing quasi-peridoc strucuture
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16K04881
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
中山 和之 福岡大学, 理学部, 助教 (80602721)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冨田 知志 東北大学, 理学研究科, 助教 (90360594)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / スピン波 / 準周期 / トポロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年, スピン流を利用した情報処理機能デバイスの開発や情報伝送技術の開発が活発である。特に集団的な磁気モーメントの励起波であるマグノンを利用したスピン波スピン流は, 電子の流れを伴わず発熱を抑えることができるため、超省電力技術の基盤研究として注目を集めている。スピン波を用いた情報伝達デバイスの開発を考える場合、一般に損失の少ない絶縁性の強磁性体が有用であるが、結晶基板が高価なためコストが課題となってしまう。また集積化・シリコンプロセスとの整合性を考えると、金属系の強磁性体を用いたスピン波の応用も重要となってくる。そこで我々は材料の性質・構造の品質さらには外乱に対してロバストに動作するスピン波デバイスの研究開発にはじめた。本研究の特色としては準周期構造が量子ホール効果と類似の数学的構造(トポロジー)を持つ点に着目し、準周期マグノニック結晶によるスピン波の伝播特性を制御を試みた。まず準周期的な配列を持つ一次元タイトバインディングモデルで解析を行った。その結果をもとにパーマロイ・ニッケルを材料として、グレーテング構造・ストライプ構造についてLLG 方程式を数値的に解き、バンド構造及び固有モードの解析を行った。結論として異なる準周期配列を連結させた準周期マグノニック結晶の境界面に局在状態が出現するという興味深い結果が得られた。準周期マグノニック結晶におけるスピン波特性を実験的に観測するためには、コプレーナアンテナを用いたSパラメータ測定法について検討する必要がある。そこでスピン波検出で広く用いられるアンテナの構造特性について数値的・実験的研究を行った。結果としてアンテナ幅によってスピン波の非相反性が制御可能であるという興味深い結果が得られた。
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