2022 Fiscal Year Annual Research Report
人工トポロジカル構造が誘発するスピンダイナミクスの学理構築と制御技術の開発
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21H04614
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
谷山 智康 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (10302960)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | 磁性 / スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、強磁性薄膜と強磁性体、強誘電体、超伝導体により形成されるヘテロ構造に対して、トポロジカル構造に誘発される有効磁場が強磁性薄膜のスピンダンピングに与える影響を網羅的に精査することで、強磁性金属におけるスピンダンピングの要因を全容解明することを目的とする。本目的を達成するために、本年度は、下記の研究項目を実施した。
（１）垂直磁化多層膜とのヘテロ構造におけるスピンダンピングの評価
2021年度にFe-Rh系強磁性規則合金薄膜においてギルバートダンピング定数が負となる特異な挙動を見出した。同様の振る舞いを他の材料系において観測することを目的として、垂直磁化多層膜と磁性金属薄膜とからなるヘテロ構造に対してベクトルネットワークアナライザを用いた強磁性共鳴測定によるギルバートダンピング定数の算出を行った。その結果、特定の磁気異方性を有する磁性ヘテロ構造においてFe-Rh合金と同様に負のギルバートダンピング定数を見出すことに成功した。現在、理論研究者とその物理起源について検討を進めている。
（２）強磁性酸化物ヘテロ界面における新規界面磁性と超伝導とのヘテロ構造化
大きなスピン偏極率に起因してスピンダンピング異常が期待されるLa-Sr-M-O強磁性酸化物薄膜のスピンダンピング挙動を（１）と同様に強磁性共鳴測定により評価した。その結果、基板との格子不整合に起因する異なる二つの強磁性領域の形成を示唆する結果を見出すことに成功した。また、スピン波伝播計測にも成功した。一方、上記とは異なるSr組成を有するLa-Sr-M-O強磁性薄膜と超伝導Y-Ba-Cu-O薄膜、Pr-Cα-Mn-O薄膜とからなる強磁性/超伝導/強磁性スピンバルブ構造において、二つの強磁性層の磁化配列の相対的な関係に起因する超伝導転移温度の変化を観測することに成功した。
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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
2021年度見出した強磁性規則合金における特異なスピンダンピング挙動と関連して、2022年度は人工トポロジカル構造の導入が期待できる垂直磁気異方性を有する多層膜構造において同様の評価を行うことで、類似のスピンダンピングの特異性を見出すことに成功した。また、当初計画していたスピン波計測手法を確立するとともに強磁性酸化物におけるスピン波伝播の実証にも成功している。さらに計画を前倒しして、超伝導トポロジカル構造がスピンダンピングに与える影響を調査するためのヘテロ構造の作製手法を確立した。以上の理由により、当初の予定に対して概ね順調に研究が進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度に見出された磁性規則合金薄膜におけるスピンダンピング異常と2022年度に見出された垂直磁気異方性を有する磁性ヘテロ構造におけるスピンダンピング異常について更なる確証を得るため、スピン波計測を行うことでスピン波伝播距離を算出する。その結果に基づいて、人工トポロジカル構造がスピンダンピングに与える影響を系統化する。さらに、2022年度に前倒しして作製した超伝導/強磁性ヘテロ構造に対して、超伝導磁気渦などのトポロジカル欠陥がスピンダンピングに与える影響を調査する。以上の結果に基づいて、トポロジカル欠陥が強磁性体のスピンダンピングに与える効果を取りまとめて、極低スピンダンピング材料を設計するための指針を提示し、本研究を総括する。
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