2013 Fiscal Year Annual Research Report
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25706004
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
関口 康爾 慶應義塾大学, 理工学部, 講師 (00525579)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / ナノ材料 / 磁性 / マグノン |
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| Research Abstract |
マイクロ波機器および国内唯一となるu-BLS分光装置実機を用いて、強磁性細線におけるマグノン密度の増大化実験を行った。強磁性細線におけるマグノン干渉効果を引き起こすことで、マグノン密度が急激に増大することを250ナノメートル空間分解能をもって正確に検出できた。これはボーズアインシュタイン凝縮（BEC）が生じる前の線形現象であり、今後、量子凝縮が生じることを証明するための比較対象となる基礎実験成果となる。
強磁性薄膜試料は、研究室に導入してある超高性能スパッタ装置およびMBE装置を用いて成膜した。多層膜を外気に暴露することなく微細加工（ドライエッチング）をするために、Ｈ２５年度補助金によって導入したアルゴンイオンミリング装置を駆使した。FeNi細線上に２本のマグノン励起アンテナを作製し、マグノン干渉効果によるマグノン密度増大化を実験した。マグノン信号を誘導起電力として検出する電気的手法、およびマグノン信号を光散乱の周波数シフトとして検出するu-BLS分光法により、実空間・実時間分解能を有しての検出に成功した。またBECを起こすのに必須であるマグノンのバックワードモードを、金属強磁性体FeNiにおいて初めて明確に検出できた。これにより金属強磁性体でのBEC研究の足がかりを得ることが出来た。一方、磁性絶縁体YIGにおける量子凝縮を観測するためのマイクロ波ストリップライン、およびマイクロ波注入素子、ペルチェ素子構造などアタッチメントを作製した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
マグノン量子凝縮の実現には局所的なマグノン密度の検出と、微細試料におけるマグノンのバックワードモードの検出という二つが必須の条件であった。今年度、明確な伝搬信号を検出されていなかったバックワードモードを金属強磁性細線で検出したことは、比較的磁気損失が高い金属を用いて量子凝縮を目指す場合に、マイクロ波照射法（パラメトリック励起）を起こせる可能性を示しており、重要な成果といえる。これにより磁性絶縁体・磁性金属におけるマグノン量子凝縮の測定へと発展させることができる。実験技術的には、助成によって真空中微細加工を可能にしたので、高精度・高品質の試料を作成できるようになった。次年度で導入するスピントルク法（スピン注入法）を容易に実行できるようになったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
量子凝縮体としての伝搬現象や巨視的コヒーレンス現象を観測するため、空間分解を有した上での磁性絶縁体YIGにおけるBECを実現する。マグノンBEC状態を局所的に達成させて、外部パラメータを制御してBECの実現レートを変調できるようにする。また、スピン流だけで角運動量を受け渡してマグノンを生成する”直流スピントルク法”をあたらしく考案・構築する。磁性材料YIGやFeNiを微細加工し、スピン流注入素子を作製し、スピン流注入端子近傍のマグノン密度をu-BLS装置で観察する。u-BLS装置は250 nm程度の空間分解能があるため、300 nm程度のスピン流注入端子でも局所BECを観測可能である。この方法に困難が伴うときは50 nm程度のナノピラー構造型スピン流注入試料を作製する。
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