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履歴記憶素子に向けた酸化物クラスタースピングラスのスピン波研究

研究課題

研究課題/領域番号 16K21001
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 薄膜・表面界面物性
電子・電気材料工学
研究機関東京大学

研究代表者

山原 弘靖  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (30725271)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードスピングラス / クラスターグラス / スピン波 / 希土類鉄ガーネット / メモリ効果 / スピンクラスターグラス / 磁気異方性 / スピンエレクトロニクス
研究成果の概要

磁場・温度・光等の外場の入力履歴を記憶する履歴記憶素子の実現に向けて、ガーネット構造高温スピンクラスターグラスLu3Fe5-2xCoxSixO12薄膜を作製した。Lu3Fe5O12はフェリ磁性体で非常に小さいスピン波のダンピング定数を示す。異方性Co2+及び非磁性Si4+を置換することでランダムネスとフラストレーションを導入し、約200Kにスピン凍結温度を示すスピングラス挙動を確認した。さらに磁場及び温度の履歴を記憶するメモリ効果を示し、多数の準安定状態が存在するポテンシャル構造を有することが示唆された。x=0.1の試料においてはスピングラス挙動とスピン波励起を両立することが見出された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究ではスピントロニクスの中心的研究対象である強磁性体・反強磁性体のような秩序系ではなく、スピングラスという無秩序系を対象としている点に学術的特色がある。その複雑なポテンシャル構造(多谷構造)において特徴的な磁化応答は先行研究によって証明されており、スピン波との相関に発展させることは意義がある。スピングラスのポテンシャルはニューラルネットワークと同じモデル式で表現され、脳型記憶素子実現に向けた足掛かりとして社会的意義がある。

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 4件)

  • [国際共同研究] パリ第6大学(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Universite de Paris-Sud(France)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] High temperature spin cluster glass behavior in Co- and Si-substituted garnet ferrite thin films2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroyasu Yamahara, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata
    • 雑誌名

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      巻: 501 ページ: 1664371-9

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2020.166437

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spin wave modulation by topographical perturbation in Y3Fe5O12 thin films2020

    • 著者名/発表者名
      Md Shamim Sarker, Hiroyasu Yamahara, and Hitoshi Tabata
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 10 号: 1 ページ: 15015-15015

    • DOI

      10.1063/1.5130186

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Flexoelectricity and magnetism in strain-gradient rare-earth iron garnet thin films2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyasu Yamahara, Sarker Md Shamim, Munetoshi Seki, Yasuo Cho, Hitoshi Tabata
    • 学会等名
      26th International Workshop on Oxide Electronics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 傾斜格子歪み希土類鉄ガーネットにおけるフレクソ分極とフェリ磁性の共存2019

    • 著者名/発表者名
      山原 弘靖、S. Md Shamim 、関 宗俊 、 長 康雄 、 田畑 仁
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Coexistence of Flexoelectric Polarization and Magnetization in Strain-gradient Rare-earth Iron Garnet Thin Films for Spin Wave Devices2019

    • 著者名/発表者名
      H. Yamahara, S. Nakamura, Md. S. Sarker, M. Seki, H. Tabata
    • 学会等名
      International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] テラヘルツ波分光計測による傾斜格子歪み希土類鉄ガーネット薄膜の誘電分極評価2019

    • 著者名/発表者名
      山原 弘靖, 桑野 資基, 川山 巌, 田畑 仁
    • 学会等名
      光・量子ビーム科学合同シンポジウム2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Co,Si置換Lu3Fe5O12スピンクラスターグラス薄膜における低温スローダイナミクスとスピン波励起寿命2018

    • 著者名/発表者名
      山原 弘靖、S. Md Shamim、鈴木 雄大、関宗俊、 田畑 仁
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Co,Si置換Lu3Fe5O12クラスターグラス薄膜におけるエージング・メモリ効果2018

    • 著者名/発表者名
      山原 弘靖、Sarker Md Shamim、 関宗俊、 田畑 仁
    • 学会等名
      強的秩序とその操作に関わる研究グループ 第8回 研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Magnetic and Dielectric Properties ofStrained Garnet Ferrite Thin Films2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroyasu Yamahara, Akihiro Katougi, Ryota Kikuchi, Hitoshi Tabata
    • 学会等名
      International Workshop on Oxide Electronics 25
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 歪み希土類鉄ガーネット薄膜における誘電特性の膜厚依存性2017

    • 著者名/発表者名
      ○山原 弘靖、加藤木 章浩、菊池 亮太、佐藤 英斗、 関 宗俊、田畑 仁
    • 学会等名
      第78回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Co,Si置換Lu3Fe5O12クラスターグラス薄膜における熱履歴記憶2017

    • 著者名/発表者名
      山原 弘靖、三橋 啓多、関 宗俊、田畑 仁
    • 学会等名
      強的秩序とその操作に関わる研究グループ 第4回 研究会
    • 発表場所
      東京大学 本郷キャンパス
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Co,Si置換Lu3Fe5O12クラスターグラス薄膜における熱履歴記憶2017

    • 著者名/発表者名
      山原 弘靖、三橋 啓多、関 宗俊、田畑 仁
    • 学会等名
      第64回 応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Magnetic Aging and Memory Effect on Anisotropic Co and Nonmagnetic Si-substituted Lu3Fe5O12 Cluster Spin Glass Thin Films2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroyasu Yamahara, Tetsuya Murata, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata
    • 学会等名
      International Workshop on Oxide Electronics
    • 発表場所
      Nanjing, China
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 希土類鉄ガーネット薄膜ヘテロ構造における磁気特性制御2016

    • 著者名/発表者名
      山原 弘靖、三橋 啓多、村田 哲也、関 宗俊、田畑 仁
    • 学会等名
      第77回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      新潟県新潟市 朱鷺メッセ
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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