| 研究課題/領域番号 |
21K04870
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 大島商船高等専門学校 |
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研究代表者 |
神田 哲典 大島商船高等専門学校, 電子機械工学科, 教授 (80616079)
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| 研究分担者 |
遠藤 恭 東北大学, 工学研究科, 教授 (50335379)
室賀 翔 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (60633378)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 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: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
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: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | スピン波 / スピン軌道トルク / 強磁性共鳴 / 位相同期 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
スピン波の波源を複数形成すると、スピン波は伝搬先にある波源、すなわち局所的な磁化歳差運動と相互作用を起こす。本研究は非磁性金属・強磁性体複合膜に電流を流すと生じるスピン軌道トルクを利用して複数箇所の磁化歳差運動励起源を形成し、それぞれの波源から発生するスピン波と磁化歳差運動間の位相同期現象を利用したスピン波共振器の創生を目指す。
スピン波共振器からは高コヒーレントなマイクロ波を周囲に放射するために新奇高周波デバイスへの展開を可能とする。さらに、強磁性薄膜内には高コヒーレントなスピン波が伝搬するため、スピン波干渉効果を用いた論理演算素子等のスピン波を利用した革新的次世代基盤技術構築を可能とする。
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| 研究実績の概要 |
強磁性薄膜の局所領域で磁化の歳差運動を励起すると、周囲にその運動は伝搬し、スピン波とよばれる磁化運動の波が誘起される。スピン波の波源を複数形成 すると、スピン波は伝搬先にある波源、すなわち局所的な磁化歳差運動と相互作用を起こす。本研究は非磁性金属に直流電流を流すことで生じる非磁性金属・強 磁性体薄膜界面に生じるスピン軌道トルクを利用して複数箇所の磁化歳差運動励起源を形成し、それぞれの波源から発生するスピン波と磁化歳差運動間の位相同 期現象を利用したスピン波共振器の創生を目指す。
令和4年度は昨年度得られたマイクロマグネティクスシミュレーションの結果に基づいて、磁性薄膜上に複数の局所自家歳差運動領域を形成した測定試料の作製とその特性評価を実施した。しかしながら、高周波特性については期待される信号が得られたものの、測定装置の不備が判明して期待される信号検出には至らなかった。問題点を改善して素子評価については引き続き実施する。また、素子特性評価と並行して昨年度に引き続き、マイクロマグネティクスシミュレーションを利用した磁化ダイナミクス評価を実施した。具体的には本研究で重要な局所歳差運動とスピン波間相互作用を評価する手法として着目していたST-FMR法の数値解析を実施した。実験結果から得られたスペクトルを再現することに成功し、相互作用の定量評価の指針を得ることができた。今後、相互作用量をトルク量として換算し、定量性を上げることと、その素子作製へのフィードバックを実施する。さらに、局所領域に加わるトルク量を決める電流密度依存性をシミュレーションにより詳細に調べたところ、その歳差運動周波数が電流密度によって大きく変化することを見出し、この現象がは居所領域間の磁化方向のねじれが原因であることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
素子特性作製は当初予定通り実施できたものの、測定装置の部品の不備があり評価に至っていない。一方で、マイクロマグネティクスシミュレーションを用いて、当初予定の局所歳差運動とスピン波の相互作用解析には成功している。さらに、局所領域歳差運動周波数の電流密度により変化する現象とその要因を見出したため。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和５年度の課題は作製した素子の特性評価である。すでに問題点であった評価系は改善したため、素子特性を実施する。並行して、定量評価も継続し、当初予定の実現を目指す。具体的な方策は以下の通りである。
１．素子特性評価
原因であったプローブを新規に準備し評価を実施する。さらに、発生する信号成分の検出を実際に可能かも並行して検討する。
２．数値シミュレーション
局所歳差運動とスピン波の相互作用解析をさらに実施し、その結果に基づく新規評価素子の作製にフィードバックをかけて継続する。
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