2023 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 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 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 / スピン格子結合 |
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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、イットリウム鉄ガーネット（YIG)、及びYIGの元素置換物質(Bi-LuIG)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と重イオン照射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の連携で研究を実施した。
磁気光学イメージング測定装置については、2023年4月から8月にかけて問題なく運用し測定可能な状況にあったが、8月にパルスレーザー光源の発振タイミングを制御するシグナルディレイジェネレータの電源に異常を生じ、使用不可能になった。2023年12月に修理作業が行われたものの、修理作業の際に大幅な光軸調整が行われたため、光源から試料までの光路調整が必要となり、2024年1月に光路調整を行った。現在は、今回の修理に伴って変更されたマイクロ波とレーザーの同期機構のプログラムを調整中であり、従前の測定ができる状態には回復していない。2024年6月を目途にマイクロ波とレーザーの同期機構をプログラムを調整するとともに、測定効率を高めるために電磁石の設計を修正し、従前の測定が可能なセットアップを回復する予定である。
本研究課題で作製したパターニングBi-LuIG試料には、副格子を含むような異なる２つの大きさのアンチドットを配列した構造を準備しており、このイメージング測定によってマグノンバンドの変調を確認するとともに、エッジモードの観測に継続して挑戦する。
この他、YIGのような磁性絶縁体とトポロジカル絶縁体の2層膜において、トポロジカル電磁気学に起因した新たな磁気伝導特性が生じることを理論的に見出し外部発表を行った。また、磁性絶縁体YIG単結晶の基礎物性として、スピン格子結合の温度依存性を結晶包囲を定めた中性子非弾性散乱実験より明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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