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Emergent and topological properties of 3D chiral gyroid nanostructures

研究課題

研究課題/領域番号 21K04816
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分28020:ナノ構造物理関連
研究機関東北大学

研究代表者

LLANDRO Justin  東北大学, 電気通信研究所, 助教 (90784140)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2022年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードgyroids / spin waves / spin transport / topology / chiral / self-assembly / PXCT / 3D nanomagnetism / gyroid / spin wave
研究開始時の研究の概要

Networks of nanostructures can acquire new, emergent properties which arise from the topology of the network. This project aims to study magnetic gyroids, 3D networks of nanoscale helices, which combine topology with magnetism to open new possibilities for spintronics and novel computing paradigms.

研究実績の概要

This study aims to investigate the influence of morphology on magnetism and spin transport in 3D nanoscale networks. We clarified that Ni gyroids, composed of chiral 3-connected nodes, behave as frustrated networks of non-collinear, non-Ising macrospins with highly orientation-dependent magnetoresistance. We successfully demonstrated that Ni gyroids exhibit both strongly anisotropic spin-wave transport and potential localisation of spin waves. Using X-ray nanotomography, we succeeded in imaging in 3D samples fabricated by self-assembly of both gyroids and achiral, 4-connected single-diamond networks, quantifying the distortion of the network during self-assembly and for the first time revealing extended liquid-crystal-like topological defects. These results are expected to lead to new ways to design and control collective and topological effects via morphology control in magnetic networks for spintronics and unconventional computing applications.

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (8件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 11件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Technical University of Kaiserslautern(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Adolphe Merkle Institute (AMI)/Paul Scherrer Institute (PSI)(スイス)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Universite de Strasbourg/European Synchrotron Radiation Facility(フランス)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Adam Mickiewicz University (AMU)(ポーランド)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Cornell University(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Technical University of Kaiserslautern(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Adolphe Merkle Institute (AMI)/Paul Scherrer Institute (PSI)(スイス)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] European Synchrotron Radiation Facility(フランス)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Magnetic order in nanoscale gyroid networks2023

    • 著者名/発表者名
      Ami S. Koshikawa, Justin Llandro, Masayuki Ohzeki, Shunsuke Fukami, Hideo Ohno, Naemi Leo
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] X-ray nanotomography reveals formation of single diamonds by block copolymer self-assembly2023

    • 著者名/発表者名
      Kenza Djeghdi, Dmitry Karpov, S. Narjes Abdollahi, Karolina Godlewska, Mirko Holler, Claire Donnelly, Takeshi Yuasa, Hiroaki Sai, Ulrich B. Wiesner, Ullrich Steiner, Bodo D. Wilts, Michimasa Musya, Shunsuke Fukami, Hideo Ohno, Ana Diaz, Justin Llandro, Ilja Gunkel
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] High-resolution three-dimensional imaging of topological textures in single-diamond networks2023

    • 著者名/発表者名
      Dmitry Karpov, Kenza Djeghdi, Mirko Holler, S. Narjes Abdollahi, Karolina Godlewska, Claire Donnelly, Takeshi Yuasa, Hiroaki Sai, Ulrich B. Wiesner, Bodo D. Wilts, Ullrich Steiner, Michimasa Musya, Shunsuke Fukami, Hideo Ohno, Ilja Gunkel, Ana Diaz, Justin Llandro
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際共著
  • [学会発表] Morphology and magnetism in self-assembled 3D gyroid nanostructures2023

    • 著者名/発表者名
      J. Llandro
    • 学会等名
      32nd Joint Inter-laboratory Workshop on Nano-magnetics (JIWON)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spin-Wave Dynamics in Ferromagnetic Gyroid Nanostructures2023

    • 著者名/発表者名
      M. Golebiewski, R. Hertel, V. Vasyuchka, P. Pirro, M. Krawczyk, J. Llandro
    • 学会等名
      Intermag 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gyroid Nanostructures in Magnonics2023

    • 著者名/発表者名
      M. Golebiewski, R. Hertel, V. Vasyuchka, P. Pirro, M. Krawczyk, J. Llandro
    • 学会等名
      Physics of Magnetism 2023 (PM’23)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ferromagnetic Resonance in Gyroidal Networks2023

    • 著者名/発表者名
      M. Golebiewski, R. Hertel, V. Vasyuchka, P. Pirro, M. Krawczyk, J. Llandro
    • 学会等名
      2023 Joint European Magnetic Symposia (JEMS 2023)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Discovery of single diamond networks in block copolymer films by nanotomography2022

    • 著者名/発表者名
      K. Djeghdi, K. Godlewska, D. Karpov, J. Llandro, B.D. Wilts, U. Wiesner, U. Steiner, I. Gunkel
    • 学会等名
      2022 Congress of the European Polymer Federation (EPF22)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Morphology and properties of self-organized 3D gyroid nanostructures2022

    • 著者名/発表者名
      J. Llandro
    • 学会等名
      IMEC Symposium on 'Magnetic Materials for Spintronics'
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Geometrical and Magnetic Configuration of Self-organized 3D Gyroid Nanostructures2021

    • 著者名/発表者名
      J. Llandro, D. M. Love, A. Kovacs, J. Caron, K. N. Vyas, A. Kakay, M. R. J. Scherer, U. Steiner, C. H. W. Barnes, R. E. Dunin-Borkowski, J. Fassbender, S. Fukami, H. Ohno
    • 学会等名
      Highly Frustrated Magnetism Virtual School and Conference (wHFM21)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Intricate Magnetic Configuration of 3D Nanoscale Gyroid Networks2021

    • 著者名/発表者名
      J. Llandro, D. M. Love, A. Kovacs, J. Caron, K. N. Vyas, A. Kakay, M. R. J. Scherer, U. Steiner, C. H. W. Barnes, R. E. Dunin-Borkowski, J. Fassbender, S. Fukami, H. Ohno
    • 学会等名
      The 4th International Symposium for The Core Research Cluster for Spintronics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Small-angle neutron scattering of nanomagnetic gyroid structures2021

    • 著者名/発表者名
      N. Leo, A. S. Koshikawa, J. Llandro
    • 学会等名
      WE-Heraeus Seminar on “Magnetic Small Angle Neutron Scattering - from Nanoscale Magnetism to Long-Range Magnetic Structures”
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Intricate Magnetic Configuration of Self-assembled 3D Gyroid Nanostructures2021

    • 著者名/発表者名
      J. Llandro, D. M. Love, A. Kovacs, J. Caron, K. N. Vyas, A. Kakay, M. R. J. Scherer, U. Steiner, C. H. W. Barnes, R. E. Dunin-Borkowski, J. Fassbender, S. Fukami, H. Ohno
    • 学会等名
      WE-Heraeus Seminar on “Curvilinear Condensed Matter: Fundamentals and Applications”
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Small-angle neutron scattering of nanomagnetic gyroid structures2021

    • 著者名/発表者名
      N. Leo, A. S. Koshikawa, J. Llandro
    • 学会等名
      WE-Heraeus Seminar on “Curvilinear Condensed Matter: Fundamentals and Applications”
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Burning cups and donuts: what coherent X-rays can reveal about topological defects2021

    • 著者名/発表者名
      D. Karpov, J. Llandro, E. Fohtung
    • 学会等名
      IUCR-XXV
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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