| 研究課題/領域番号 |
20H00337
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
望月 維人 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80450419)
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| 研究分担者 |
笹川 崇男 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (30332597)
安藤 和也 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (30579610)
小野 輝男 京都大学, 化学研究所, 教授 (90296749)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
44,590千円 (直接経費: 34,300千円、間接経費: 10,290千円)
2023年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
2022年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
2021年度: 12,870千円 (直接経費: 9,900千円、間接経費: 2,970千円)
2020年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
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| キーワード | スキルミオン / スキルミオニクス / ブラウン運動 / カイラルスイマー / アクティブマター / 磁気デバイス / 電流駆動 / リザバーコンピューティング / 近藤格子模型 / キラル磁性体 / スピントロニクス / トポロジカル磁性 / 磁気トポロジー / DM相互作用 / マイクロ波素子 / 磁気多層膜系 / スピン軌道トルク / 垂直磁気異方性 / マイクロ波応答 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
磁性体中に発現するナノサイズの磁気渦「磁気スキルミオン」は (1)ナノスケールの極小サイズと，(2)トポロジカルに保護された安定性，(3)室温を超える動作温度，（4） 高い省電力性，といった磁気デバイスへの応用に最適な性質をいくつも持っています。これらの性質を生かし、近い将来の高度情報化社会を担う「磁気メモリ」や「磁気センサ」、「脳型情報処理素子」の実現を目指し、これらの素子の基盤となる「高性能な磁気材料」と「生成・消去・検出・伝送といった要素技術」を「理論設計」と「実験実証」により開発します。これにより、スキルミオンを使った次世代エレクトロニクスである「スキルミオニクス」の創出を目指します。
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| 研究実績の概要 |
2023年度の研究では、スキルミオンニクスの創成を目指し、スキルミオンが示す新しい物性現象や物質機能を広く理論的に探索した。また、様々なトポロジカル磁気構造について、その生成手法や物性現象、物質機能を探索した。まず、新現象・新機能の開拓であるが、磁気細線に電流を流して無数のスキルミオンを電流駆動した時に期待されるスキルミオンの流体的な振る舞いについて研究を進め、乱流や層流、スキルミオン結晶の動的構造相転移などを発見した。スキルミオンは通常の粒子と異なりポテンシャル勾配に対して垂直に運動する性質があり、これが無数に集まった時に発現する流体的性質は古典流体とはまったく異なることが期待される。本研究はスキルミオンの流体挙動の研究に先鞭をつける重要な成果である。また、熱揺らぎによるスキルミオンの特異なブラウン運動に関する現象についても研究を進め、ポテンシャル勾配に垂直に運動するという性質のために、キラルな構造体に閉じ込めたスキルミオンが、スキルミオンのトポロジカル数と構造体のキラリティに応じて、脱出できたりできなかったりする現象を発見した。この現象はアクティブマター分野で良く知られているカイラルスイマーと呼ばれる現象であり、非生物由来のオブジェクトでは初めての発見である。この現象は磁気トポロジーの選別（トポロジーソーティング技術）に応用できる。次に、様々なトポ磁気構造に関する研究では、スキルミオンの中に少数の小さなスキルミオンが内包されたスキルミオンバッグ構造について、局所電流注入と磁場印加による生成方法を提案した。さらに、このスキルミオンバッグにマイクロ波を照射すると、過渡的な回転運動を起こすことを理論的に発見し、その物理的なメカニズムを解明した。また、スキルミオニウムの熱揺らぎによる消失過程や、電流による異なるトポ磁性への変換・スイッチング現象について研究を進め成果を上げた。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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