2022 Fiscal Year Annual Research Report
Magnetic metamaterials created by high-energy heavy ion irradiation, and topological magnonics
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21H04643
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
家田 淳一 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (20463797)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
針井 一哉 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, 主任研究員 (00633900)
佐藤 奈々 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究職 (10867112)
日置 友智 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (10898042)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / 磁性絶縁体 / マグノン / 重イオンビーム / マグノニクス / スピントロニクス / 保磁力 / パーコレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、放射線を用いた磁気メタマテリアルの作製を目的とする。対象となる材料は、ガリウムガドリニウムガーネットの基板に、イットリウム鉄ガーネット(以下YIG)を成膜したもの、及びYIGの元素置換物質(以下Bi-LuIG)を成膜したものの2種類である。原子力機構(東海)のフォトレジストプロセスによるパターニング試料作製、量研機構（高崎）の磁気光学測定、東大（本郷）の磁気ダイナミクス測定が連携する研究体制が整備された。今年度も、原子力機構(東海)のタンデム加速器を利用し、高速重イオン照射実験による試料作製を実施した。作製した試料の磁気光学測定と磁気ダイナミクス測定を実施し、その結果取りまとめを進めている。パターン化試料以外でも、重イオン照射によるBi-LuIGの磁気特性の変調効果を系統的に調べ、ある照射量閾値を境に保持力が急速に増大する振る舞いを発見した。この現象を理解するため、マイクロマグネッティックシミュレーションを実施し、重イオン照射によるアモルファス化した非磁性領域の蓄積により磁性領域が島状に分断される結果、ランダムな面内磁化配置が実現されることを突き止めた。この閾値的振る舞いは、２次元パーコレーション理論による解析とも整合する。これらは、磁性絶縁体の磁気特性を高速重イオン照射によって変調できることを示す世界初の成果であり、学会発表と論文発表（採択済）を行なった。この他、磁性絶縁体と重金属の2層膜において、スピンホール磁気抵抗効果に起因した、新たな磁気伝導特性が生じることを見出した。
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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
試料作製設備と測定装置が当初計画通り稼働しており、成果発表に向けて実験データが蓄積してきている。また、重イオン照射による磁性絶縁体の磁気特性変調という世界初の成果について、学会発表と論文発表を行なった。さらに、本研究の対象である磁性絶縁体を利用した、新しい磁気伝導特性の萌芽的研究にも着手しており、一部その成果が見え始めている。以上を総合的に考慮し、おおむね順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに作製したパターニング済み試料を、磁気光学効果測定やスピン波トモグラフィー法や高周波測定装置で測定を行う。その成果を数値シミュレーション結果と比較して成果取りまとめを行い、学会や論文で外部発表を実施する。新たに着手した磁性絶縁体における新しい磁気伝導特性の研究は、本研究の目的である磁性絶縁体の機能性開発に寄与すると考えられることから、重イオン照射実験と並行して推進する。
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