2021 Fiscal Year Annual Research Report
Research and development of eddy current testing method using terahertz wave emission from spin current
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21H01387
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
谷 正彦 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 教授 (00346181)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邊 誠 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 分野長 (00391219)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / 金属スピントロニック素子 / 光伝導アンテナ素子 / 磁場プローブ / 電気光学サンプリング / 磁気光学効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，磁場に依存したスピン流からのテラヘルツ(THz)波放射を利用し，従来よりも飛躍的に高い空間分解能を有する渦電流探傷法を開発することを目的としている。そのために，① 金属スピントロニック素子からのTHz波放射を高効率化するとともに，②励磁コイル，スピントロニック素子，THz波検出素子を一体化した渦電流探傷プローブを開発する。また，③THz波放射信号から欠陥を判別するためのDeep Learningによるアルゴリズムと信号処理システムの開発に取り組む。
本年度は以下の研究を実施した。
(1) Diabolo(ボウタイ)型，円形，矩形（Dipole型）のアンテナ構造を持つ金属スピントロニック素子を試作し，それらのTHz波放射効率を比較した。その結果，矩形（Dipole型）アンテナ構造を持つ素子が最も高いTHz波放射効率を示すことが分かった。
(2) 金属スピントロニック素子からのTHz波の検出には，ZnTe結晶を用いた電気光学(EO)サンプリングを採用し，金属スピントロニック素子とEOサンプリング検出素子を一体化した磁場プローブを試作し，評価した。その結果ZnTe結晶中の磁気光学効果で，磁場に依存したバックグラウンドが発生することが判明し，ZnTe結晶は検出素子としては不適であることが判明した。そのため，THz波検出素子としてEOサンプリング素子ではなく，光伝導アンテナ素子を用いることにし，システム設計を変更した（それに伴い研究費の繰り越しを行った）。
(3) ZnTe結晶の磁気光学効果を定量評価するために，磁場変調コイルを用いてZnTe結晶のVerdet係数を測定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
金属スピントロニック素子からのTHz波放射の高効率化は順調に進んでいる。一方，磁場に依存した金属スピントロニック素子からのTHz波放射検出には電気光学結晶を利用する計画であったが，電気光学結晶として用いたZnTe結晶に大きな磁気光学効果があり，検出素子としては不適であることが分かった。そのため計画を変更し，光伝導アンテナ素子を検出器として用いることにしたため，金属スピントロニック素子とTHz波検出素子(光伝導アンテナ素子)を一体化した磁場プローブの開発が予定より遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は金属スピントロニック素子と光伝導アンテナ素子を一体化した磁場プローブの開発を加速する。金属スピントロニック素子として最適化した矩形(Dipole型)アンテナ構造の金属スピントロニック素子を用いて，磁場プローブの感度を向上させる。励磁コイルと磁場プローブを用いて磁場の空間マッピングの実証を目指す。
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[Journal Article] Thickness dependence of the spintronic terahertz emission from Ni/Pt bilayer grown on MgO via electron beam deposition2021
Author(s)
Ferrolino John Paul, Cabello Neil Irvin, De Los Reyes Alexander, Bardolaza Hannah, Verona Ivan Cedrick, Mag-usara Valynn Katrine, Afalla Jessica Pauline, Talara Miezel, Kitahara Hideaki, Garcia Wilson, Somintac Armando, Salvador Arnel, Tani Masahiko, Estacio Elmer
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Journal Title
Applied Physics Express
Volume: 14
Pages: 093001～093001
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Terahertz Emission Properties of Spintronic Fe/Pt Bilayer and Antenna-Structures2021
Author(s)
Masahiko Tani, Miezel Talara, Dmitry Bulgarevich, Valynn Katrine Mag-usara, Keita Tominaga, Mary Clare Escano, Christopher E. Petoukhoff, Julien Madéo, David R. Bacon, Keshav Dani, Hideaki Kitahara, Joselito Muldera, Takashi Furuya, Makoto Nakajima, and Makoto Watanabe
Organizer
The 12th International Conference on Information Optics and Photonics (CIOP 2020)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Terahertz emission from spintronic Fe/Pt bilayers2021
Author(s)
M. Tani, M. Talara, D. Bulgarevich, V. K. Mag-usara, K. Tominaga, M. C. Escano, Ch. E. Petoukhoff, J. Madéo, D. R. Bacon, K. Dani, G. Torosyan, L. Scheuer, R. Beigang, E. Th. Papaioannou, H. Kitahara, J. Muldera, J. Afalla, T. Furuya, M. Nakajima, and M. Watanabe
Organizer
The 9th International Symposium Modern Problems of Laser Physics (MPLP-2021)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Spintronic Terahertz Emission And Magnetic Anisotropy Of Epitaxial Platinum Heterostructures On MgO(110) Substrate2021
Author(s)
S. Tetsukawa, V. K. Mag-usara, V. Agulto, M. Kohda, R. Thompson, H. Gamou, Y. Du, S. Karube, M. Tani, M. Asakawa, M. Nakajima
Organizer
The 46th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2021)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Ni/Pt spintronic emitters as potential reliable THz source2021
Author(s)
JP Ferrolino, NI Cabello, A De Los Reyes, H Bardolaza, IC Verona, VK Mag-usara, J Afalla, M Talara, H Kitahara, W Garcia, A Somintac, A Salvador, M Tani and E Estacio
Organizer
39th SPP Physics Conference and Annual Meeting (SPP 2021)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Azimuthal angle dependence of terahertz emission intensity for the epitaxial magnetic heterostructure2021
Author(s)
M. Nakajima, S. Tetsukawa, L. Shuang, T. Matsunaga, V. Mag-usara, V. Agulto, M. Kohda, R. Thompson, H. Gamou, Y. Du, S. Karube, J. Nitta, M. Asakawa, M. Tani
Organizer
82nd JSAP Autumn Meeting 2021/ JSAP-OSA Joint Symposium 2021
Int'l Joint Research
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