| 研究課題/領域番号 |
24K00936
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
河口 真志 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (90792325)
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| 研究分担者 |
河野 浩 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (10234709)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2026年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2025年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2024年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円)
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| キーワード | スピントロニクス / マグノン / パラメトリック発振 / 表面弾性波 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
これまで光を用いた情報通信・情報処理技術が盛んに開発研究されて発展してきている。光と同様のボゾンであるフォノン（格子振動の波）を用いることで、半導体等の固体素子上にそれら光で培われた情報処理技術を展開できる可能性を秘めている。しかしながら、フォノンを外部から能動的に制御することは難しい。そこで、強磁性体の磁化が作り出す波であるマグノンに着目する。マグノンは外部磁場等で容易に制御ができ、またフォノンと一定の条件下で相互作用することが知られている。本研究ではフォノンとマグノンの相互作用を通じてフォノン側に非線形な相互作用を導入し、フォノン制御の基盤技術につなげることを目指す。
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| 研究実績の概要 |
光と同様のボゾンであるフォノン（格子振動の波）を用いることで、半導体等の固体素子上にそれら光で培われた情報処理技術を展開できる可能性を秘めている。しかしながら、フォノンを外部から能動的に制御することは難しい。そこで、強磁性体の磁化が作り出す波であるマグノンに着目する。マグノンは外部磁場等で容易に制御ができ、またフォノンと一定の条件下で相互作用することが知られている。本研究ではフォノンとマグノンの相互作用を通じてフォノン側に非線形な相互作用を導入し、フォノン制御の基盤技術につなげることを目指す。
今年度はフォノン・マグノン相互作用が大きくなるような構造を検討するため、強磁性層を含む多層膜構造を用いて、フォノン・マグノン結合の大きさを評価する実験を行った。具体的には、強誘電体基板上に櫛形電極を用いて表面弾性波（フォノン）を伝搬させ、伝搬経路上に強磁性多層膜構造を設置することで、表面弾性波の透過率から強磁性体中のマグノンとフォノンの相互作用の大きさを評価した。マグノンの特性は外部磁場印加によって大きく変化する一方で、フォノン側は外部磁場の影響を受けないため、外部磁場に対する大きな透過率変化が観測できた。この実験結果と理論的な解析から結合定数を位相を含めて評価することができた。
また、これと並行して以前に観測されたフォノン・マグノン結合系における、非線形散乱現象の兆候についても調査を行ったが、こちらは再現性の低い結果となった。これを受けてフォノン側の強度を大きく変える実験を行った結果、以前の結果とは異なるものの非線形散乱の結果と考えられる結果を得ることができた。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度は事前の計画通りにフォノン・マグノン相互作用が大きくなるような構造を検討するため、強磁性層を含む多層膜構造を用いて、フォノン・マグノン結合の大きさを評価する実験を行った。固体表面上に多層膜構造を作製し、固体表面を伝搬するフォノンの吸収測定から多層膜中のマグノンとフォノンの相互作用の大きさの評価を試みた。この実験結果と理論的な解析から結合定数を評価することができた。この結果には結合の位相についての新たな知見が含まれており、フォノン・マグノン結合の理解と応用に向けた大きな進展と言える。
また、これと並行して以前に観測されたフォノン・マグノン結合系における、非線形散乱現象の兆候についても調査を行ったが、こちらは再現性の低い結果となった。これを受けてフォノンの強度を大きく変える実験を行ったが、以前の結果とは異なるものの非線形散乱の結果と考えられる結果を得ることができた。この結果はマグノンを通じたフォノンへの非線形性の導入という本研究の目的に対して、新たな手段を提示していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
まず、強磁性多層膜の系については研究計画に従ってその界面や構造による、フォノン・マグノン結合への影響について調査を行っていく。
一方で今年度の実験で新たに明らかになった、高強度フォノンとマグノンの非線形結合現象を示唆する結果についても、理論・実験両面で調査を進めていく。こちらについても、強磁性を含む多層膜の構造を工夫することで、物理的機構の解明や、応用に向けた機能性の調査を行っていく。また、以前観測されていたフォノン反射についての非線形な応答を示唆する結果についても、フォノン側の強度を変えることで新たに調査することを検討する。
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