2024 Fiscal Year Annual Research Report
Spin wave non-reciprocity in magnonic crystals
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21K13886
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
山本 慧 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 副主任研究員 (10746811)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 磁性体 / スピン波 / 表面弾性波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画では磁性体を人工的に加工することでそこを伝搬するスピン波に非相反性を付与するための理論研究が目的である。この非相反性と周期構造の関連についての興味から派生した研究として、東北大学金属材料研究所の実験研究者らと共同で、ピエゾ素子の表面に磁性体を用いて一種の回折格子を作成することで、そこを通過する表面音波の回折現象に非相反性が生じることを明らかにした。すなわち、回折格子の周期性の方向に対して垂直に入射した表面音波が左右方向に回折される強度が異なりそれが共鳴的な磁場依存性を持つことを測定によって示し、表面音波のスピンによる散乱理論によってその磁場依存性を計算して実験データと良い一致を得た。このような回折現象における非相反性は光においては知られていたが、電磁波以外の波で確かめられたのは今回が初めてであり、結果をまとめた論文はPhysical Review Lettersに出版された。またスピン波の非相反性に関連した研究として、やはり表面音波との組み合わせで、ピエゾ素子表面に通常用いられる金属磁性体ではなく、磁気緩和が非常に小さいガーネット材料を接触させて、磁性体部分を通過する表面音波にスピン波との共鳴によって透過率の非相反性が生じることを明らかにした。この実験で用いられたガーネットの膜はマイクロメートルに近い厚みを持つため膜厚方向にスピン波の定在波が生じ、それらが独立に表面音波と共鳴することで透過率のスペクトルに複数のピークを確認した。このピーク構造の解析のためにこれまでスピン波の観点からは実質的に二次元と考えられるような薄膜を前提にしていた理論モデルを有限膜厚の場合に拡張して、実験で得られた磁場依存性と非相反性の定性的な理解に成功した。この結果はPhysical Review Bに発表されている。
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