2019 Fiscal Year Annual Research Report
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18H05346
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
関口 康爾 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (00525579)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| Keywords | スピン波 / マグノン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、強磁性Co超薄膜の作製技術を向上させ、垂直磁気異方性を有する超薄膜を目指した。0.5 nmから2 nm程度の膜厚のコバルト（Co）を熱酸化膜付きシリコン基板上に作製し、プラチナ（Pt）界面のスピン軌道相互作用を利用して複合膜を作製した。マイクロプローバーとロックイン検波法を活用して超薄膜Coの異常ホール効果を測定し、垂直磁気異方性を有することを確認した。コバルト（Co）と複合構造を作るガーネット（YIG）超薄膜については、スパッタによる薄膜作製を行っているが、専用のアニールチャンバーが組み上がってこない遅延が生じており、マグノン伝搬特性の検証について遅れがでている。
一方、マグノン輸送媒体でのマグノン周波数変調に関して、動的マグノニック結晶を二つの異なるモード（表面波モードとバックワードモード）に対して適用することで、明確な信号キャリア減衰を実現し、キャリアモードとトランジスタ構造の関係が明確になった。また、信号増幅という観点では非線形効果（非線形増幅）が重要となるが、磁気ソリトン形成過程を詳細に解析することで、非線形効果が生じる時間スケールが数十ナノ秒であることが明確になった。またパラメトリックポンピング法によって、マグノン信号を増幅する実験に取りかかった。ＢＬＳ分光法によって導波路中のマグノン密度を観察したところ、数Ｗ程度のマイクロ波励起によって増大する様子が確認できた。今後は、この入力強度と温度上昇の関係を押さえて原因を切り分ける必要がある。これらはマグノントランジスタ構築の基礎現象と考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
マグノントランジスタ構築には、磁性絶縁体のナノスケール構造化およびマグノン伝搬特性変調の技術に関する詳細な知見が必要となる。材料作製の要素技術である、垂直磁気異方性を有するコバルト（Co）超薄膜の作製とガーネットスパッタ膜の作製などは順調に進展した。しかし、良質の伝搬特性を有する磁性絶縁体薄膜を作製するにはアニールチャンバーが必須であり、超高真空チャンバー構築の遅延が研究の本質的発展に影響を及ぼしている。一方、マグノン伝搬変調という点に関して、マグノンキャリアのスイッチ効果および磁気ソリトン形成という基礎的な技術を獲得することができた。また、キャリア信号増幅のもう一つのパラメトリックポンピングという技術を開拓することができた。以上のことから、研究のコアとなる磁性絶縁薄膜におけるマグノン制御に関する遅延を評価し、やや遅れていると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本年度で遅延した超高真空アニールチャンバーの完成と、それを活用したガーネット素子のナノスケール化に取り組む。マグノン論理演算素子の作製にはナノスケール化が必須であるが、ナノスケールガーネットを活用すれば従来技術で到達できない小型化が可能性と見込まれる。垂直磁気異方性を有するコバルト（Ｃｏ）超薄膜の作製に成功しており、ハイブリッド化に関して、次年度より電圧によるマグノン制御に本格的に取りかかる。複合構造によるマグノニック機能を創出できるかの応用物性研究を行い、ナノ構造化と電界効果を推進し、世界初のマグノンの電圧ゲート制御を目指す。ハイブリッドトランジスタの基礎構築を目指す。
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