2012 Fiscal Year Research-status Report
マグノン系ボーズ凝縮を用いたマイクロ波デバイスの開発
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24656236
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
味野 道信 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (30222326)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | マグノン / マイクロ波放射 / 非線形緩和 / ボーズ凝縮 |
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| Research Abstract |
強磁性体であるイットリウム・鉄・ガーネット（YIG）マグノン系を大電力マイクロ波でパラメトリック励起し、その緩和過程で生じるマイクロ波放射を観測した。放射マイクロ波の周波数分布だけではなく、放射マイクロ波の時系列を直接観測することで、マグノン系の緩和機構、特にバンドの底付近への緩和機構やボーズ凝縮に関する研究をおこなった。外部から印加する静磁場強度を変化させながら励起実験を行うと、複数のマグノンモードに対応する異なる振動数成分にピークを持つ放射スペクトルが観測される。この中のいくつかのモードは、強磁性共鳴で観測される静磁モードと一致しており、励起されるマグノンのモードは励起周波数によらず外部静磁場にのみに依存することを実験的に確認した。また、マグノンバンドの底からの放射、およびその2倍の振動数の放射が観測され、最低振動数モードのマグノンが大きく増加しており、マグノンがボーズ凝縮を起こす可能性があることを確認した。さらに、励起マイクロ波にパルス変調を加え、励起を始めてから放射が開始される時間と、励起を停止後の放射マイクロ波の緩和時間を求めた。球形試料での放射が始まるまでの時間は、ボーズ凝縮が報告されている薄膜と大きく異なり、熱平衡状態で格子系にエネルギーが流れる時間と同程度と長いことがわかった。これは、最初に励起されたマグノンがバンドの底に集まる過程に、マグノン系だけでなく格子系との結合が重要であることを示唆している。放射マイクロ波の緩和時間も励起電力による大きな変化は見られず、熱平衡状態の緩和時間と同程度である。これらのことから、球形の試料ではマグノンはバンドの底に集まっているが、ボーズ凝縮は起こりにくいと考えられる。しかし、放射マイクロ波周波数が静磁場のみに依存することから、マイクロ波の周波数変換、混合などのデバイスへの応用が考えられることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ボーズ凝縮を用いたデバイスとしてマイクロ波出力を得る場合、今までに研究が進んでいる薄膜よりもスピンの絶対数の多いバルクが有利である。そこで、本年度は主として球形の試料を用いた実験を進めたが、薄膜との緩和機構の違いのため、薄膜と同程度の励起強度ではボーズ凝縮の発生が起こりにくいことを確認した。このため、非線形緩和に関する基礎的な研究に重点を置いたため、当初の量子デバイスの開発を目指す点では、やや遅れる結果となっている。しかしながら、この基礎的な研究から試料の形状が重要であることが明らかになったので、今後はこの点に着目した研究を進める予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
マイクロ波放射過程には，波数がゼロに近い静磁波が密接に関連していると考えられる。このため，サンプルの形状と外部磁場方向により静磁モードを変化させることにより，マイクロ波放射の効率が高くなる条件やボーズ凝縮の発生しやすい条件を調べる。具体的には新しく、円柱状の試料を用いた研究を進める予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度は球形試料の研究を本格的に進める予定であったが、研究の過程で非線形マイクロ波デバイスとしては不利な点があることが明らかになり、関連する基礎的な研究に重点を置いた。このため、予定していた物品の購入を次年度に移した。次年度は、別の形状の試料を検討調査し、それに対応する装置を購入する予定である。具体的には、マイクロ波検出のために試料周りのピックアップなどのマイクロ波回路の製作、円柱状YIG試料や検出後マイクロ波測定のための立体回路およびダイオード検出器部品などを購入予定である。
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Research Products
(1 results)
