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2023 Fiscal Year Annual Research Report

反強磁性体テラヘルツスピントロニクスの創成

Research Project

Project/Area Number 21H04562
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

森山 貴広  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50643326)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中村 浩次  三重大学, 工学研究科, 教授 (70281847)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2024-03-31
Keywordsスピントロニクス / 反強磁性体 / テラヘルツ
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、反強磁性体が持つ超高周波(THz帯域)の磁気共鳴周波数を積極的に利用した「反強磁性体テラヘルツスピントロニクス」の学理を構築し、スピントロニクスの動作原理を利用した次世代テラヘルツ基盤技術を創成することを目的としている。
本年度は、反強磁性体におけるスピンポンピング効果について調査した。スピンポンピング効果は、磁化ダイナミクスから伝導電子スピン流への変換現象である。強磁性体におけるスピンポンピング効果は理論・実験的によく理解されているが、反強磁性体におけるそれは実験的研究が少なく議論の余地がある。反強磁性体は、二つ以上の磁気副格子が複雑に相互作用したダイナミクスを生じるため、磁気副格子間の相互効果も考慮する必要があり、複雑である。α-Fe2O3 70nm/Pt 4nm二層膜試料について磁気共鳴の電気的測定を行った。ジャイロトロンから発生する135 ~201 GHzの電磁波を試料に照射しながら外部磁場を掃引することでα-Fe2O3の磁気共鳴を励起し、二層膜試料両端に生じるスピンポンピング効果により生じる電圧を測定した。α-Fe2O3の二つの共鳴モードに対して、一方の共鳴モードからはスピンポンピング効果が生じないことが分かった。理論的な考察の結果、反強磁性スピンポンピング効果において、磁気副格子間のスピン相互作用は磁気副格子内のスピン相互作用と同等に大きいことが分かった。反強磁性スピンポンピング効果は、テラヘルツ磁化ダイナミクスからスピン流への変換を担う「テラヘルツスピントロニクス」の基盤となる現象の一つであり、本結果はそのミクロスピックな理解を実験的に進めた基礎・応用の両面で重要な成果である。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (15 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 5 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Messina(イタリア)

    • Country Name
      ITALY
    • Counterpart Institution
      University of Messina
  • [Journal Article] Giant gate modulation of antiferromagnetic spin reversal by the magnetoelectric effect2024

    • Author(s)
      Ujimoto Kakeru、Sameshima Hiroki、Toyoki Kentaro、Moriyama Takahiro、Nakamura Kohji、Kotani Yoshinori、Suzuki Motohiro、Iino Ion、Kawamura Naomi、Nakatani Ryoichi、Shiratsuchi Yu
    • Journal Title

      NPG Asia Materials

      Volume: 16 Pages: 20

    • DOI

      10.1038/s41427-024-00541-z

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Tuning of exchange constants and magnetic anisotropy for terahertz antiferromagnetic resonance frequencies in cation-doped NiO2024

    • Author(s)
      Nawa Kenji、Gumarilang Andi、Moriyama Takahiro、Nakamura Kohji
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 21 Pages: 034040

    • DOI

      10.1103/PhysRevApplied.21.034040

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultrafast spin-to-charge conversion in antiferromagnetic (111)-oriented L12-Mn3Ir2023

    • Author(s)
      Mao Huiling、Sasaki Yuta、Kobayashi Yuta、Isogami Shinji、Ono Teruo、Moriyama Takahiro、Takahashi Yukiko K.、Yamada Kihiro T.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 123 Pages: 212401

    • DOI

      10.1063/5.0168138

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spin Hall magnetoresistive detection of easy-plane magnetic order in the van der Waals antiferromagnet NiPS3/Pt2023

    • Author(s)
      Sugi Kohki、Ishikawa Takuto、Kimata Motoi、Shiota Yoichi、Ono Teruo、Kato Takeo、Moriyama Takahiro
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: 064434

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.064434

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Micromagnetic understanding of evolutions of antiferromagnetic domains in NiO2023

    • Author(s)
      Moriyama Takahiro、Sanchez-Tejerina Luis、Oda Kent、Ohkochi Takuo、Kimata Motoi、Shiota Yoichi、Nojiri Hiroyuki、Finocchio Giovanni、Ono Teruo
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 7 Pages: 054401

    • DOI

      10.1103/PhysRevMaterials.7.054401

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Observation of mode splitting by magnon-magnon coupling in synthetic antiferromagnets2023

    • Author(s)
      Hayashi Daiju、Shiota Yoichi、Ishibashi Mio、Hisatomi Ryusuke、Moriyama Takahiro、Ono Teruo
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 16 Pages: 053004~053004

    • DOI

      10.35848/1882-0786/acd5a6

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct observation of antiferromagnetic domains and field-induced reversal in Pt/Cr2O3/Pt epitaxial trilayers2023

    • Author(s)
      Ujimoto Kakeru、Sameshima Hiroki、Toyoki Kentaro、Kotani Yoshinori、Moriyama Takahiro、Nakamura Kohji、Nakatani Ryoichi、Shiratsuchi Yu
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 123 Pages: 022407

    • DOI

      10.1063/5.0156254

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 反強磁性薄膜のテラヘルツ分光2024

    • Author(s)
      森山貴広
    • Organizer
      応用物理学会・日本磁気学会共同主催研究会 「エキゾチック磁性を活用したスピントロニクス研究の最前線」
    • Invited
  • [Presentation] Electrical detection of antiferromagnetic dynamics in thin films by using gyrotron2023

    • Author(s)
      森山貴広
    • Organizer
      テラヘルツ科学の最先端X
    • Invited
  • [Presentation] Electrical detection of antiferromagnetic dynamics2023

    • Author(s)
      Takahiro Moriyama
    • Organizer
      Summit of Materials Science 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electrical detection of antiferromagnetic dynamics in thin films by using gyrotron2023

    • Author(s)
      Takahiro Moriyama
    • Organizer
      第47回 日本磁気学会学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] 反強磁性薄膜のTHz分光2023

    • Author(s)
      森山貴広
    • Organizer
      第2回 強磁場コラボラトリー オンラインセミナー
    • Invited
  • [Remarks] 論文リスト

    • URL

      https://spintronics.mp.pse.nagoya-u.ac.jp/papers.html

  • [Remarks] 研究内容

    • URL

      https://spintronics.mp.pse.nagoya-u.ac.jp/research.html

URL: 

Published: 2024-12-25  

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