2019 Fiscal Year Research-status Report
クラスタースピングラスにおけるスピン波伝搬制御及び演算処理の研究開発
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19K15022
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山原 弘靖 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (30725271)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スピンクラスターグラス / スピン波 / コプレーナ線路 / 希土類鉄ガーネット / フレクソエレクトリシティ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピン波の伝搬制御を目的として、スピン波の低損失で知られるイットリウム鉄ガーネット（Y3Fe5O12, YIG）薄膜上に成膜した一対の送受信マイクロ構造アンテナ（コプレーナ線路, CPWs）を基本素子として作製した。YIG薄膜はパルスレーザー堆積法により成膜し、CPWsはフォトリソグラフィによるマイクロ加工とスパッタ法による電極成膜により作製した。CPWs間を伝搬するスピン波の電界制御にあたり、スピン波伝搬経路上に外場印加電極として金属膜の成膜が必要となる。ここで、一般的な貴金属としてAu及びPtを外場印加電極として用いた場合のスピン波伝搬に及ぼす影響を評価した。その結果、Auを用いた場合に明確なスピン波の減衰が見られ、Ptが外場印加電極として適していることが明らかとなった。Auによるスピン波減衰はその反磁性により、スピン波の反射とマグノン散乱によって起こると考えられる。Ptの常磁性とAuの反磁性に起因するスピン波周波数のシフトも観察されている。一方、効率的な電界応答を実現するために構造中心対称性を破ることによりFlexoelectricityによる残留分極を発現した希土類鉄ガーネット薄膜の作製も実施した。希土類サイトにSmを用いたSmIGはGd3Ga5O12基板との格子ミスマッチが1.2%存在し、臨界膜厚は約60nmが見積もられる。臨界膜厚以下では正方晶に歪み、十分膜厚が大きいと立方晶に緩和する。この2層の間には歪みが徐々に緩和する傾斜歪み構造が約20nmにわたって存在することを確認し、Flexoelectricityによる残留分極が存在することが期待される。
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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
希土類鉄ガーネット系におけるスピンクラスターグラスの作製及びその基礎物性の理解は進んでおり、スピングラス挙動（DC磁化率、AC磁化率、メモリ効果）とスピン波特性（ダンピングの温度依存性、逆スピンホール効果電圧）の評価結果について総括されている。スピン波素子の作製において必須となる外場制御端子の材料選択、電界応答の効率化のため傾斜歪み構造の導入が実現され、順調に技術開発が進められている。
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| Strategy for Future Research Activity |
スピン波素子の特徴である位相干渉を計測するにあたり、高周波（GHz帯）の多入力に対して位相制御が必要となる。現状の計測システムでは多入力・多出力に対応していないため、測定設備の改良を進め、位相干渉の外場制御を実現する。
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| Causes of Carryover |
当初予定していた物品費による計測機（ネットワークアナライザ）のアップグレード（周波数領域拡張）は学内の装置が利用可能となったため、不要となった。一方、デバイス作製に必須のスパッタ装置が故障したため、その修理に充てるがコロナ禍の影響により作業が次年度に遅れている。また、多入力・多出力の測定実施にあたり、プローブシステムの改造を実施する。旅費については国際会議の発表を実施したが、昨年度の開催地が国内であったため、予算を抑制できた。
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