2022 Fiscal Year Annual Research Report
Research of synthetic antiferromagnet for THz devices with Brillouin light scattering
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21H01791
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
菊池 伸明 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (80436170)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 聡 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (10292278)
島津 武仁 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 教授 (50206182)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ブリルアン散乱 / 磁性薄膜 / スピン波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、磁性積層膜を用いた人工フェリ/アンチフェロ構造を用いたテラヘルツ波領域でのスピン波デバイスを提案し、電磁波のエネルギーを効率的に伝送・吸収・変換できる材料探索・制御方法の解明を目指している。本研究で対象とする0.1-1THzという周波数領域は、既存の磁気的測定手法の適用が困難であることから、ファブリー＝ペロー干渉計を用いたブリルアン散乱測定装置の構築を進めた。
ブリルアン散乱測定装置は二枚の半透鏡を組み合わせた単純な構造であるものの、光の波長に比べても十分に高い精度での平行性と間隔の制御が必要である。また、磁性体のスピン波による散乱は格子振動による散乱に比べて小さいため、長時間の積算測定に対応するための電気的および環境の安定性が要求される。
今年度は，初年度に引き続きブリルアン散乱測定装置の構築及び安定化に取り組んだ。特に，干渉計の温度制御機構および光学系を組み替えることで，機械的な調整が必要になった際の安定化時間を2日から6時間へと大幅に短縮することが可能となった。現状では，信号強度の弱く，長時間の積算計測が必要なスピン波の計測には至ってはいないものの，10－20GHz帯の格子振動によるブリルアン散乱は容易に観測可能となっている。
加えて，GHz帯の磁化のダイナミクスの挙動の理解が重要となっているCoCrPtグラニュラー薄膜の作製とその静的な磁化反転特性の評価を行い，ブリルアン散乱計測による解析の準備を進めた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度に引き続き，主にブリルアン散乱測定装置の構築を進めた。10~20GHz帯の格子振動によるブリルアン散乱の計測は十分に可能となっているが，本課題での最終目標とした100GHz以上の帯域での磁気的計測には至っていない。
一方で，昨年度の進捗を鑑み，今年度は長時間計測に必要な温度制御系と光学系の調整機構の改善に取り組んだ。これらは，ハードウェアとソフトウェアの両面からの制御の高精度化が必要であったが，室温の安定化や断熱機構の改良，光学系の調整機構の改善により分単位での安定化には成功している。今後は主にソフトウェア機構によりさらなる長時間での安定化を図る予定である。
本年度も主に計測系の構築に注力せざるを得ず，人工反強磁性構造の作製と特性評価がやや遅滞しているが，人工反強磁性構造と同様にGHz帯の磁化ダイナミクスが重要とされるグラニュラー薄膜も計測用試料として評価を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究ではテラヘルツ領域でのスピン波の挙動を明らかにすることが最終目的であるが，既存の手法ではこの領域へのアプローチが困難であるため，ブリルアン散乱計測装置の構築が当分野へ与えるインパクトは大きい。そのため，テラヘルツ領域で計測可能なブリルアン散乱計測装置の構築を最重要目的として設定する。
ブリルアン散乱ではスピン波による光の非弾性散乱を評価するために感度が小さく，長時間の積算測定が必要となる。現在，分単位での安定化が実現できており，その安定化を進める．今年度も，装置開発および薄膜作製を担当できる技術員を雇用し、専任で研究を進める予定である。
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