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巨視的回転運動と微視的スピン角運動量の双方向変換に関する研究

公募研究

研究領域ナノスピン変換科学
研究課題/領域番号 17H05183
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

能崎 幸雄  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30304760)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円)
2018年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2017年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
キーワードスピン流 / スピン渦度結合 / 表面弾性波 / スピン波 / スピン角運動量 / 巨視的回転 / スピン回転結合 / レイリー波
研究実績の概要

本研究では、スピン渦度結合理論に基づき、微視的なスピン角運動量と巨視的回転運動の相互変換の高効率化に向けて、表面弾性波を注入する材料や周波数を系統的に変化させながらスピン波励起実験を行った。さらに、スピン流から巨視的回転運動の生成の実証を目指し、巨視的回転運動を高感度に検出可能なデバイスの設計と基本動作実験を行った。主な研究成果は以下の通りである。
① スピン流のスピン角運動量から巨視的回転運動を生み出すため、スピン渦度結合を最大化する非磁性金属の物質種と膜厚、および効率的なスピン流注入を実現する非磁性金属/強磁性体界面を詳しく調べた。その結果、電気伝導度の大きな金属ほど大きなスピン渦度結合を発現すること、非磁性層の膜厚をスピン拡散長程度にすることが非磁性/強磁性複合構造膜において回転運動とスピン波の変換効率向上に重要であることが明らかになった。
② スピン回転結合により非磁性金属薄膜に誘引される微小な格子回転運動を高感度に検出できるデバイス構造を探索した。まず、大きなスピン回転結合を生み出す非磁性金属Cuと強磁性金属Niの複合構造膜を圧電基板上に成膜し、サブミクロン幅の短絡型梯子状電極に微細加工した。この電極に交流電流を印加すると交流磁場が発生し、Ni薄膜の磁化が歳差運動し、スピンポンピング効果によりCu薄膜に直流と交流のスピン流が同時に発生する。この交流スピン流がスピン回転結合を介して交番格子回転を生み出し、梯子の構造周期を波長とする表面弾性波を誘引する。この表面弾性波をベクトルネットワークアナライザを用いて検出することに成功した。ただし、スピン渦度結合による巨視的回転生成を定量的に議論するためには、Niの磁気弾性効果に由来する格子ひずみの影響を分離評価する必要があり、今後の課題である。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 9件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Excitation of Ferromagnetic Resonance Using Surface Acoustic Waves2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nozaki and S. Yanagisawa
    • 雑誌名

      Electrical Engineering in Japan

      巻: 204 号: 3 ページ: 386-391

    • DOI

      10.1002/eej.23099

    • NAID

      130006839832

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluating the nonadiabatic spin-transfer torque using coupled oscillation of magnetic vortices2018

    • 著者名/発表者名
      T. Horaguchi, T. Tanazawa and Y. Nozaki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.064421

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Circularly polarized magnetic field generated by two microfabricated crossed coplanar waveguides2017

    • 著者名/発表者名
      Kan I.、Soeno Y.、Roppongi T.、Nozaki Y.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 110 号: 20

    • DOI

      10.1063/1.4983778

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin Current Generation Using a Surface Acoustic Wave Generated via Spin-Rotation Coupling2017

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi D.、Yoshikawa T.、Matsuo M.、Iguchi R.、Maekawa S.、Saitoh E.、Nozaki Y.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 119 号: 7 ページ: 077202-077202

    • DOI

      10.1103/physrevlett.119.077202

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Electrical detection of spin-vorticity coupling using inverse spin Hall effect2019

    • 著者名/発表者名
      S. Tateno, G. Okano and Y. Nozaki
    • 学会等名
      2019 Joint MMM-Intermag Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrical determination of magnon band structure in narrow NiFe strip using parametric magnon excitation2019

    • 著者名/発表者名
      G. Okano and Y. Nozaki
    • 学会等名
      2019 Joint MMM-Intermag Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mechanical generation of spin current via spin vorticity coupling in Cu, Pt and Ti thin films2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kurimune and Y. Nozaki
    • 学会等名
      2019 Joint MMM-Intermag Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Generation of spin-motive force using surface acoustic waves2019

    • 著者名/発表者名
      S. Negami and Y. Nozaki
    • 学会等名
      2019 Joint MMM-Intermag Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electric Examination of Magnon Band Structure for Narrow Shaped NiFe Strips2019

    • 著者名/発表者名
      岡野元基, 能崎幸雄
    • 学会等名
      平成30年度スピン変換年次報告会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] サブミクロン幅NiFe細線におけるスピン波のパラメトリック励起2019

    • 著者名/発表者名
      岡野元基, 能崎幸雄
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 表面弾性波のスピン渦度結合によりPt薄膜に生成した交流スピン流の膜厚依存性2019

    • 著者名/発表者名
      佐々木翼, 能崎幸雄
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Ni-Cu / Cu 2層膜におけるスピン渦度結合由来の交流スピン流の周波数依存性2019

    • 著者名/発表者名
      浅野さくら, 栗宗勇貴, 能崎幸雄
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] SAW デバイスを用いたスピン起電力の生成2019

    • 著者名/発表者名
      根上 脩, 能崎幸雄
    • 学会等名
      2018年度Spin-RNJシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Quantitative analysis of the spin current in Cu thin film generated via spin-vorticity coupling2019

    • 著者名/発表者名
      S. Tateno, G. Okano, Y. Nozaki
    • 学会等名
      2018年度Spin-RNJシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 固体中のGHz オーダー渦度を利用したスピン流生成2019

    • 著者名/発表者名
      能崎幸雄
    • 学会等名
      2018年度Spin-RNJシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Spin current generation using a nonuniform force field generated via surface acoustic waves2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nozaki, Y. Kurimune, M. Matsuo and S. Maekawa
    • 学会等名
      International Workshop on Sound-enabled Nanotechnologies, IWSENT 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectroscopic Evaluation of Non-Adiabatic Spin Transfer Torque Using Coupled Oscillation of Magnetic Vortices2018

    • 著者名/発表者名
      T. Horaguchi and Y. Nozaki
    • 学会等名
      IEEE International Magnetics Conference 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin pumping in Pt/NiFe/Cu trilayer film induced by surface acoustic wave injection2018

    • 著者名/発表者名
      S. Tateno, Y. Nozaki
    • 学会等名
      One-Day Symposium on Spintronic Properties of Graphene and Related 2D Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ジャロシンスキー守谷相互作用による磁気渦ダイナミクス変調の実験検証2018

    • 著者名/発表者名
      後藤勇喜, 能崎幸雄
    • 学会等名
      電気学会マグネティクス研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 表面弾性波のスピン渦度結合によりCu薄膜に生成した交流スピン流の膜厚依存性2018

    • 著者名/発表者名
      佐々木翼, 能崎幸雄
    • 学会等名
      電気学会マグネティクス研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Cu及びPt を用いたスピン渦度結合によるスピン流生成2018

    • 著者名/発表者名
      栗宗勇貴, 能崎幸雄
    • 学会等名
      日本磁気学会第42回学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 表面弾性波の不均一スピン依存散乱効果を用いたスピン流生成実験2018

    • 著者名/発表者名
      山本晃弘, 能崎幸雄
    • 学会等名
      日本磁気学会第42回学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 界面ジャロシンスキー守谷相互作用による細線中に閉じ込めた磁気渦ダイナミクスの変調2018

    • 著者名/発表者名
      後藤勇喜, 能崎幸雄
    • 学会等名
      日本磁気学会第42回学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 表面弾性波を用いたスピン起電力の生成実験2018

    • 著者名/発表者名
      根上 脩, 能崎幸雄
    • 学会等名
      日本磁気学会第42回学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] サブナノ秒パルス磁場を用いた非線形磁化ダイナミクスの時間分解測定2018

    • 著者名/発表者名
      北島直人,岡野元基, 能崎幸雄
    • 学会等名
      日本磁気学会第42回学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Spin Current Generation by a Surface Acoustic Wave Injection2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nozaki, D. Kobayashi, T. Yoshikawa, M. Matsuo, R. Iguchi, S. Maekawa, and E. Saitoh
    • 学会等名
      APS March meating 2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Alternating spin current generation in Cu thin film by injecting surface acoustic waves2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nozaki, D. Kobayashi, T. Yoshikawa, M. Matsuo, R. Iguchi, S. Maekawa, and E. Saitoh
    • 学会等名
      Joint workshop Spin mechanics-5 and nanoMRI-6
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Conversion of electric and magnetic fields by combining piezoelectric and magnetoelastic effects2017

    • 著者名/発表者名
      T. Sasaki and Y. Nozaki
    • 学会等名
      9th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology, SpinTECH IX
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cu thickness dependence of alternating spin current generated via spin rotation coupling in surface acoustic waves2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshikawa, D. Kobayashi, M. Matsuo, R. Iguchi, S. Maekawa, E. Saitoh and Y. Nozaki
    • 学会等名
      9th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology, SpinTECH IX
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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