2022 Fiscal Year Annual Research Report
Spintronics based on the Information thermodynamics
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20H05666
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
鈴木 義茂 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (50344437)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内海 裕洋 三重大学, 工学研究科, 准教授 (10415094)
野崎 隆行 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究チーム長 (60452405)
後藤 穣 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (80755679)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 磁気スキルミオン / 情報熱力学 / ブラウニアン計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子の磁石としての性質であるスピンの流れを制御することにより有用な電子デバイスを実現してきたスピントロニクスの分野に「情報流」の概念を導入し、ナノサイズの磁石とその複合系における情報熱力学の学理を構築することを目的として研究を開始した。
情報流の評価には非常に多くの測定サンプリング数を必要とすることからシミュレーションによる解析を可能とするためにスキルミオンを粒子と見立てた力学モデルに立脚したシミュレーターを作成した。そのシミュレーターを用いて情報流を評価することにより情報の伝達に必要な時間はスキルミオンの拡散時間にほぼ等しいことを見出した。一方、実験結果の情報流解析からはスキルミオンの運動が非マルコフ的であることを見出した。これは、素子内に複数のトラップサイトがあるために系が隠れマルコフシステムになっているからであると考えられた。
集束イオンビーム加工によりスキルミオンに対する調和ポテンシャルを作ることを試みたがスキルミオンをうまくトラップすることができなかった。引き続き条件の最適化を行う。
電圧ゲートの端にスキルミオンがトラップされてしまう問題を解決するためにSiO2層を厚膜化した。その結果、ゲートの下をスキルミオンが通り抜けるようになった。そこで、電圧効果により動作するp-bitを設計した。また、回路中の複数のスキルミオンをリアルタイムで検出しフィードバックするために磁気光学顕微鏡をPXIシステム(FPGA)で制御可能にした。磁気キャパシタンス効果について引き続き研究したが効果が得られなかった。ブラウニアン計算の電力消費についてアニール効果も考慮に入れた動作についての検討を始めた。
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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
電圧ゲートによるスキルミオンの制御に成功したことは大きな飛躍といえる。このことにより電圧効果とスキルミオン間相互作用を用いた効率的な情報熱機関が設計可能となった。シミュレーションと実験の連携も効率的に運用できている。さらに、高速度カメラの導入によりスキルミオンの運動をほぼ連続的にとらえることができるようになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
電圧ゲートによるスキルミオンの制御に成功したので、今後は実際に動作する自律型のMaxwellの悪魔を作ることが重要である。また、これまでにスキルミオン間情報流の評価に成功し、さらに、高速度カメラの導入によりスキルミオンの運動をほぼ連続的にとらえることができるようになった。このことから、一旦あきらめたスキルミオン冷凍機の実現について再検討する。すなわち、温度の変化を温度計で測定するのではなくスキルミオンの振動から評価することが可能になったと考えられる。このことにより、スキルミオンの情報熱力学的な運動を直接とらえることが次の目的となる。
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