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2012 Fiscal Year Research-status Report

スピン波メタマテリアルの磁気ダイナミクスの解明

Research Project

Project/Area Number 23654124
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

冨田 知志  奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (90360594)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 三俣 千春  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70600542)
Keywordsメタマテリアル / メタ分子 / 強磁性体 / スピン波 / 磁気共鳴 / カイラル構造 / スピン流 / ギルバート減衰係数
Research Abstract

平成24年度は、スピン波メタマテリアルでの磁気モーメントの歳差運動モデルの解析計算を行った。具体的には、これまでの解析手法を応用し、スピントルク発振による磁気共鳴状態を記述するランダウ・リフシッツ・ギルバート方程式を、理論的に調べた。そしてスピントルク発振における、巨視的なスピンのギルバート緩和の解析的な方程式を導いた。この式は有効ギルバート緩和定数がスピン流に線形に依存することを示していた。対照的に、スピントルク発振周波数は、注入されたスピン流に影響をうけないことが明らかになった。しかしながら、時間依存で変化するスピン流、例えばスピン流パルス、を使えば、スピントルク発振の周波数を上昇できることを示した。この結果は、メタマテリアルとスピンエレクトロニクスとの融合に向けた第一歩となる。
更にスピン波メタマテリアルの実験も行った。具体的には、強磁性金属のミクロンサイズのカイラル構造を、フォトリソグラフィとリフトオフを用いて作製した。そして膜厚50ナノメートルのコバルト薄膜による、直径50マイクロメートルカイラル構造の作製に成功した。しかしカイラル構造形成の歩留まりが悪かったため、その原因を解明するため、分光学的手法による形成メカニズムの解明を試みた。その後、プロセスの最適化の結果、歩留まりも向上し、安定した作製が可能になった。そしてカイラル構造の時計回り・反時計回りのカイラリティ制御にも成功した。現在、共振器型の電子スピン共鳴を用いて強磁性共鳴の測定を行っている。また数値モデルを構築し、数値シュミレーションも試みている。今後は更に、伝送線路型の強磁性共鳴での「一分子」計測を計画している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

スピン波メタマテリアルの磁気モーメントの歳差運動の解析計算は完了した。これに加えて、メタマテリアルとスピンエレクトロニクスとの融合に向けた第一歩も踏み出すことができた。また実験ではスピン波カイラルメタマテリアルの作製、基板固定、カイラリティ制御に成功した。これらの成果から、研究目的の達成に向けて、概ね順調に進展していると言ってよい。今後は、数値計算と共に、共振器型及び伝送線路型の強磁性共鳴を用いてスピン波メタマテリアルでのスピンダイナミクスを明らかにし、構造によるスピンダイナミクスの制御を達成したい。

Strategy for Future Research Activity

平成24年度に、スピン波メタマテリアルを作製し、強磁性共鳴を測定して、磁気ダイナミクスを解明する予定であったが、スピン波メタマテリアル作製の歩留まりが悪かったため、計画を変更し、まずスピン波メタマテリアルの形成メカニズムを、分光学的手法で解明することを試みた。この実験は平成24年度で完了し、プロセスの最適化も相まって、歩留まりも向上し、安定した作製が可能になった。よって平成25年度は、共振器型の電子スピン共鳴に加えて、伝送線路型の強磁性共鳴などの手法を用いて、スピン波メタマテリアルの磁気ダイナミクスを解明する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

スピン波メタマテリアルの強磁性共鳴の測定を、次年度に集中的に行うこととし、次年度使用額はその経費に充てることとしたい。具体的には、実験の消耗品と実験のため旅費と学生アルバイトの謝金に充てる予定にしている。

  • Research Products

    (6 results)

All 2012 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Simple Analysis for Frequency Increase in Spin Torque Oscillation2012

    • Author(s)
      Chiharu Mitsumata, Satoshi Tomita, Takeshi Seki, Masaki Mizuguchi
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Magnetics - Conferences (Proceedings of InterMag2012)

      Volume: Vol. 48, No. 11 Pages: 3955-3957

    • DOI

      10.1109/TMAG.2012.2201700

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analytic Solution of Landau-Lifshitz-Gilbert Equation in Magnetic Resonance due to Spin Torque Oscillation2012

    • Author(s)
      Chiharu Mitsumata and Satoshi Tomita
    • Journal Title

      Journal of the Magnetics Society of Japan

      Volume: Vol. 36 Pages: 301-303

    • DOI

      10.3379/msjmag.1206R004

    • URL

      https://www.jstage.jst.go.jp/article/msjmag/36/4/36_1206R004/_article

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Frequency control of spin torque oscillation in magnetic metamaterials for microwave generator2012

    • Author(s)
      Chiharu Mitsumata and Satoshi Tomita
    • Organizer
      Metamaterials'2012 (The 6th International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics)
    • Place of Presentation
      St. Petersburg, Russia
    • Year and Date
      20120917-20
  • [Presentation] Simple Analysis for Frequency Enhancement in Spin Transfer Oscillation

    • Author(s)
      Chiharu Mitsumata, Satoshi Tomita, Masaki Mizuguchi
    • Organizer
      International Magnetics Conference (INTERMAG 2012)
    • Place of Presentation
      Vancouver, Canada
  • [Presentation] 強磁性金属カイラルメタ分子の作製と磁気特性

    • Author(s)
      児玉俊之、冨田知志、黄晋二、上垣伸、細糸信好、三俣千春、柳久雄
    • Organizer
      日本物理学会 第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大学(広島)
  • [Remarks] 冨田知志

    • URL

      http://mswebs.naist.jp/LABs/optics/tomita/jpn/index_j.htm

URL: 

Published: 2014-07-24  

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