2023 Fiscal Year Research-status Report

変調周期構造を持つマグノニック結晶のマグノン情報処理への応用

Research Project

Project/Area Number	22K04208
Research Institution	Fukuoka University
Principal Investigator	眞砂卓史福岡大学, 理学部, 教授 (50358058)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	笠原健司近畿大学, 産業理工学部, 講師 (00706864)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords	スピン波 / マグノニック結晶
Outline of Annual Research Achievements	アンテナに周期構造を励起と検出で波数の異なる蛇行アンテナを用いて、誘導電流により検出したスピン波の特性について研究を引き続き行い、これまでに得られた結果を論文にまとめることができた。この成果は、今後、マグノニック結晶で観測されたブリルアンゾーンの折り返しピークの検出に活用していく予定である。さらに規則マグノニック結晶において、規則性導入に関する最適化の研究を進め、マグノニック結晶の障壁幅依存性、障壁長さ依存性、障壁材料依存性等を調べた。これは、スピン波の強度を保ちながら最もスピン波変調に効果高い構造を探索するとともに、周期を固定したままでバンドギャップ等の変調等の伝搬特性が制御可能性の検討にも寄与する。この結果、障壁高さ依存性では障壁が高くなるほどバンドギャップが広くなることが分かった。シミュレーション結果では、この時バンドギャップの下端の周波数はほとんど変わらず、上端の周波数だけがほぼ線形に増加する傾向が得られている。この理由についても、今後詳細に検討を続ける。また障壁長さ依存性では、障壁と溝の長さの比が1:1の場合は第１バンドギャップが広く、第２バンドギャップが狭くなり、0.5:1.5や1.5:0.5の場合は第１バンドギャップが狭く、第２バンドギャップが広くなるという興味深い結果が得られた。さらに詳細に比を変えて、本傾向の原因を追究する。さらに、障壁材料のみPyからCoに変えたマグノニック結晶を実験的に調べたところ、バンドギャップが増大するという予備的な結果が得られた。こちらもシミュレーションと組み合わせて詳細な検討を進める。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason これまでに、フィボナッチ数列を利用した準周期マグノニック結晶について、ミニバンドの形成や、異常な非相反性についてまとめた。この研究において、有限要素法を用い、磁性体内の動的磁化の様子だけでなく、検出におけるアンテナの誘導電流を計算する技術を開発した。マグノニック結晶のスピン波特性をさらに詳しく調べるため、蛇行アンテナ技術をシミュレーションと実験の両方において確立し、これらの結果を合わせて論文にまとめることができた。この研究において、励起と検出のアンテナ形状が異なる場合、メインで励起された波数のスピン波の検出はかなり抑えられ、検出アンテナで指定した波数のスピン波が優先的に検出されることがわかった。規則マグノニック結晶の伝搬特性については、規則性を様々に変調した研究を開始し、興味深い予備的結果が得られてきた。これにより、周期を固定したままにおいても、分散関係曲線の傾きやバンドギャップ幅を制御できることが分かった、今後はこれらの詳細な検討を進め、どのような変調パラメータがどのような効果を示すかを系統的にまとめていく予定である。このマグノニック結晶の特性制御の研究は、今後のマグノニック結晶の設計に重要な役割を果たすと考えられる。
Strategy for Future Research Activity	規則マグノニック結晶の障壁の高さ、長さ、材料の依存性おいて得られてきた知見をさらに確実にするため、シミュ―レーション・実験の両面からさらに細かく条件を変え、系統的な結果を得てまとめる予定である。また、マグノニック準結晶の研究において検討課題であった1/3周期の発現についても、障壁の長さ依存性を取り入れて1/3周期の発現が表れるのかどうか、さらに検討を進める。また、マグノニック結晶におけるスピン波伝搬において、散乱マグノン導入によるスピン波伝搬制御や、スピン波の非線形励起に伴うマグノニック結晶の効果についても調べる予定である。
Causes of Carryover	研究分担者の異動により研究体制が変化し、特に実験関係で予算支出が予定より少なくなった。今年度はまた実験も進む状況になったため、これらの実験に用いる予定である。