| 研究課題/領域番号 |
16H02098
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
関口 康爾 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (00525579)
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| 研究分担者 |
千葉 大地 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (10505241)
立崎 武弘 東海大学, 工学部, 講師 (20632590)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | マグノン / マグノニクス / 論理演算 / スピン波 / スピン流 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、鉄単結晶におけるマグノン伝搬を可視化し、初めて検出したエッジ効果・界面効果によるマグノニック機能を開発する応用物性研究を行った。鉄単結晶を活用することで、磁性体を均一に磁化させるための外部磁場を必要とせずにマグノン伝搬を起こすことに成功した。これまでマグノニック機能実現のためにバイアス磁場を必要としていたため、機能集積化の点で大きな障害となっていたが、この成果によって解決の方針が示され、大きな進展となった。またエッジ効果・界面効果を活用することで、マグノン位相の制御を外部機器に頼らずに実現することができた。マグノン論理演算素子のプロトタイプとして、論理NAND, NOR, PASS, NOT, OR, AND, XORをたった３つの構成要素で実現できることを示し、Nature誌のNPG Asia materials(IF=10)一編という成果を得た。波動原理に基づく論理演算の有望性が出てきたため、ガーネット材料で多入力多出力素子を作製した。その結果、単一素子でNANDが組めるなどマグノン演算の有用性を証明することができ、Scientific Reports(IF=5)一編という成果を得た。
一方、SNOM技術を取り込むことでＢＬＳ分光装置にnm分解の獲得する技術開発では、長時間安定性の問題点がまだ残されているが、ＢＬＳ装置の安定性が増しており着実に成果が出ている。
またマグノニクス領域ではなされていない、電圧によるマグノン制御に本格的に取り組んだ。ＢＬＳ装置に垂直マグネットを組み込んだ世界初の装置開発に成功し、超薄膜Co試料のスパッタ成膜行った。ナノ構造化と電界効果を推進し、世界初のマグノンの電圧ゲート制御を目指している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
ナノマグノニクス研究の推進にはナノスケール構造体におけるマグノン伝搬の詳細な知見が必要となり、ナノスケール試料によりバルクでは生じない現象が現れる可能性があった。本研究でも継続してマイクロブリルアン散乱分光装置の改良をおこない、ナノ・マイクロスケールで加工した試料においてエッジ効果を明瞭にとらえることができた。このエッジ効果によって、外部磁場を必要とせずに論理NAND, NOR, PASS, NOT, OR, AND, XORを提案することができたのは大きな成果である。界面・エッジでのマグノン挙動を利用した初めての成果を挙げることができたといえる。
波動性を利用した演算素子は複雑性の故にあまり開発されていないが、我々はガーネットを用いることで多入力多出力演算を実現できることを示した。単一素子でNANDなどを作製できるマグノン演算は従来の電子演算器にはない利点であり、集積化構造の大幅な簡略化につながる成果である。
これらの成果をNatureの専門誌、NPG Asia materials(IF=10)一編とScientific Reports(IF=5)一編にまとめ世界に発信できたため、研究進捗は順調という評価に至った。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、超薄膜Ｃｏを使った電圧によるマグノン伝搬制御を行う。そのためには今年度に開発した、垂直電磁石を組み込んだＢＬＳ分光法が威力を発揮すると考えている。また垂直磁化膜を含んだ多層膜試料の電流・スピン流注入を実行して、その構造依存性を研究することによりマグノン増幅効果の効率を上昇させていく。これらには界面を通したスピン変換（スピンオービットトルク）などが重要な鍵となると考えている。複合界面を利用したスピン流の効果（ジャロシンスキー守谷相互作用）に関しては、ＢＬＳ分光法によって確実に捉えているため、試料作製の効率化・技術開発を行っていくことで当初の目標を達成する。
界面スピン制御の重要性を本年度で示すことができ、次年度も本研究課題で掲げた金属構造によるナノマグノニクス学理の追求を行っていく。
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| 備考 |
発表論文に関するプレスリリース記事。
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