2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of spin-wave resonators by multiple local spin-orbit torque excitations and their application to high-frequency devices
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21K04870
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| Research Institution | National Institute of Technology(KOSEN), Oshima College |
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Principal Investigator |
神田 哲典 大島商船高等専門学校, 電子機械工学科, 教授 (80616079)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遠藤 恭 東北大学, 工学研究科, 教授 (50335379)
室賀 翔 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (60633378)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | スピン波 / スピン軌道トルク / 強磁性共鳴 / ST-FMR |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強磁性薄膜の局所領域で磁化の歳差運動を励起すると、周囲にその運動は伝搬し、スピン波とよばれる磁化運動の波が誘起される。スピン波の波源を複数形成すると、スピン波は伝搬先にある波源、すなわち局所的な磁化歳差運動と相互作用を起こす。本研究は非磁性金属に直流電流を流すことで生じる非磁性金属・強磁性体薄膜界面に生じるスピン軌道トルク（SOT）を利用して複数箇所の磁化歳差運動励起源を形成し、それぞれの波源から発生するスピン波と磁化歳差運動間の位相同期現象を利用したスピン波共振器の要素技術を検討した。
磁性薄膜上に複数の局所磁化歳差運動領域を形成した測定試料の作製 とその特性評価を実施したが、高周波特性については期待される信号が得られたものの、測定装置の不備が判明して期待される信号検出には至らな かった。しかしながら、本手法で重要な局所歳差運動とスピン波間相互作用を評価する手法としてST-FMR法による評価を実施し従来のスペクトルに加えて、磁場の掃引に対して、より低磁場側に周期的に変動する信号を検出した。マイクロマグネティクスによる数値解析を実施したところ、実験結果から得られたスペクトルを再現することに成功し、この信号が上述の相互作用に起因する信号であることを強く示唆された。すなわち、膜構造の最適化でSOTのトルク量を今後上げることでスピン波励起を行うことで上述の共振構造が可能であることを示す結果であるといえる。
さらに、局所領域に加わるトルク量を決める電流密度依存性をシミュレーショ ンにより詳細に調べたところ、その歳差運動周波数が電流密度によって大きく変化することを見出し、この現象がは居所領域間の磁化方向のねじれが原因であることを明らかにした。この結果は歳差運動を空間的に変調できることを意味しており、新たな展開が期待される成果であるといえる。
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