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2017 年度 実績報告書

スピンダイナミクスと熱スピン注入の融合によるワイヤレス・スピン流生成とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 16J05621
研究機関九州大学

研究代表者

山野井 一人  九州大学, 理学研究院, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
キーワード強磁性共鳴ヒーティング効果 / 熱スピン注入 / ワイヤレス・スピンデバイス
研究実績の概要

エレクトロニクスデバイスの更なる高性能化・高機能化の観点から、磁性体中のスピンの特性を積極的に活用したスピンデバイスが注目されている。スピンデバイスを動作させるうえで、最も重要な物理量はスピン角運動量の流れに対応するスピン流であるため、これまでに様々なスピン流の生成・制御手法が開発されている。近年、スピン流と熱との相互作用に進展があり、磁性体/非磁性体の接合界面に温度勾配を設けると熱を駆動力としたスピン流が生じることが分かってきた。更に、これまでの研究から磁性薄膜にマイクロ波を照射して磁化の共鳴歳差運動現象を誘起することで、磁性体を加熱できることを明らかとした。このことは、このマイクロ波による磁性体加熱効果を、磁性体/非磁性体複合構造に適用することで、ワイヤレスにスピン流を制御可能なため、新奇なワイヤレス・スピンデバイスの創生が期待される。
本研究プロジェクトの最終年度である本年度は、昨年度までに得られた研究成果である、発熱効果の高い磁性体の探索、熱励起スピン流の評価手法の開発等を活用し、ワイヤレス・スピンデバイスで重要となる熱スピン注入技術の更なる高効率化を目指したので、下記に報告する。
素子(A)磁性体/白金/基板と素子(B)白金/磁性体/基板の類似の構造を持つ2つの素子を作製し、白金へ注入されるスピン流量を比較した。その結果、素子(A) のスピン流の注入量は素子(B) と比較して、3 倍近く大きい結果が得られた。これは、磁性体で発生した熱が、試料A では白金を介して、基板に逃げるため、効果的な温度勾配が形成されるのに対して、試料B では、主に基板に逃げるため、白金に流入する熱が小さくなる。その結果、観測されたスピン流生成量に大きな差が生じたことが考えられる。今回得られた結果は、構造のみでスピン流生成量の増大が可能なため、多種多様なスピンデバイスへの応用が期待できる。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University College London (UCL)(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University College London (UCL)
  • [雑誌論文] Dynamical spin injection based on heating effect due to ferromagnetic resonance2018

    • 著者名/発表者名
      K.Yamanoi, Y. Yokotani and T. Kimura
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 8 ページ: 054031

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.8.054031

    • 査読あり
  • [学会発表] Coherent resonance precession of ferromagnets through anitiferromagnet2018

    • 著者名/発表者名
      山野井一人, 紅林秀和, 木村崇
    • 学会等名
      平成29 年度スピン変換年次報告会
  • [学会発表] Quantitative estimation of heating effect due to spin wave2017

    • 著者名/発表者名
      山野井一人, 木村崇
    • 学会等名
      日本物理学会 2017年秋季大会
  • [学会発表] Heat propagation due to spin wave in a ferromagnetic thin film2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yamanoi and T. Kimura
    • 学会等名
      Japan-Korea spintronics workshop2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of heating effect due to magneto-static surface spin wave in CoFeB film2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yamanoi and T. Kimura
    • 学会等名
      SSDM2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient dynamical thermal spin injection in the metallic bilayer system2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yamanoi and T. Kimura
    • 学会等名
      Magnonics2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhancement of dynamical thermal spin injection efficiency in FM/NM bilayer system2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yamanoi and T. Kimura
    • 学会等名
      SpinTech2017
    • 国際学会
  • [備考] スピン流-熱流変換現象の可視化に成功 ~スピントロニクスを用いた新たな熱制御技術の実現に道~

    • URL

      http://www.jst.go.jp/pr/announce/20161212/

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-06-14  

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