2021 Fiscal Year Annual Research Report
空間構造をデザインされた電磁波とスピン波の非局所応答理論
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21J15256
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
加藤 健太 大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Keywords | マグノン－ポラリトン / スピントロニクス / 非エルミート / マグノニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電磁波－マグノン結合の実現にはmmスケールの磁性体が必要になるため、マグノン－ポラリトンを用いたデバイスの応用には集積化に課題がある。そこで、厚い磁性体－誘電体－薄い磁性体のサンドイッチ構造を考えることで、厚い磁性体が電磁波と結合しアンテナの役割を果たし、誘電体を挟んで厚い磁性体と薄い磁性体とマグノン間相互作用を介して薄い磁性体中にバルク並みのスピン流が伝搬すること具体的な数値で明らかにした。現在論文投稿中である。
我々があらたに構築した非局所応答理論では、電磁エネルギーが注目する系から放出されていくため自然に非エルミートな効果が電磁応答に現れる。このことは、非エルミート系電磁応答において近年注目を集める例外点やLevel-Attractionなどを非局所応答理論で表現することが可能であることを意味する。そこで、薄膜やフォトニック結晶と磁性体を組み合わせた構造を考えることで、非局所応答理論においてLevel-Attraction-likeな電磁応答を議論できることを明らかにした。一方で、非局所応答理論で議論される自励モードにおいて、例外点のような特異点が現れない。これは自励モードが、これまで知られているハミルトニアンの固有状態としてのポラリトンとは異なる性質を持っていることを示している。これらのことから、非エルミートな電磁応答に対して非局所応答理論による新たな物理的視点を与えられることが期待される。この結果により日本物理学会学生賞を受賞した。
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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
サンドイッチ構造によるマグノン－ポラリトンの評価では、単一磁性体に比べてスピン流がどれほど増強されるかの議論を行った。また、誘電体の厚さや、基盤となる熱い磁性体の厚さなど様々な面からスピン流の増強を検討している。
非エルミート系の電磁応答では、単層膜であってもシングルモードのマグノンから、Level-Attraction的な電磁応答が現れることが明らかになった。一方で、マルチモードが存在するときマグノンのエネルギーが縮退するため非エルミートな電磁応答が現れない。これは、単層膜内でのマグノンの波動関数と、内部の電磁波の空間構造に起因する。そこで、フォトニック結晶中に薄い磁性体中を配列することで、マグノンの準位が十分分裂し、また、フォトニック結晶による電磁波の空間構造の制御によって、印加静磁場による非エルミートな電磁応答と通常の電磁応答の制御が可能であることを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
サンドイッチ構造によるマグノン－ポラリトンのスピントロニクスデバイス提案に向けて離散双極子近似法（DDA）による対称性のないより自由にデザインされたシステムからの電磁応答解析の手法開発を行っているところである。
非エルミートな電磁応答については、非局所応答理論とこれまでの有効ハミルトニアンによる理論との比較検討を行っているところである。
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