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2016 年度 実施状況報告書

フェーズドアレイ型マグノンビーム

研究課題

研究課題/領域番号 16K13670
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

関口 康爾  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (00525579)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワードスピン波 / マグノン / マグノニクス / スピントロニクス / スピントルク発信器
研究実績の概要

初年度は主として磁性多層膜を用いたスピントルク発振器(ナノピラー構造)の試料作製と、実験技術として高速スイッチを用いた短時間マグノン励起法に挑戦した。

面内磁化膜Py, CoFeBを含む複合多層膜を超高真空スパッタ装置を使用して作製した。また試料作製に関してCo超薄膜やCoFeBの超薄膜を使用することにより膜の厚さに応じて垂直磁化膜にできることが報告されているので、Ptバッファー層を活用した多層膜作製も同時に行った。アルゴイオンミリングによるピラー構造を作製する段階まで順調に進んでいたが、アルゴンイオンミリングによるピラー削りだし埋め戻しの段階でエッジラフネスによるリーク電流が見られるため、スピントルク発振にまで現段階では至っていない。

またフェーズドアレイ動作には二次元面内でのスピン波の等方的な伝搬が不可欠であることを確認するため、ガーネット試料を用いて、磁化が垂直を向いた状態でのスピン波伝搬実験を行った。外部磁場を膜面垂直に2000 Oe程度印加した状態での伝搬を確認でき、その伝搬解析によりスピン波の二次元活用にはこのモード(フォワードモードスピン波)活用が重要であることがわかった。一方、実験計測技術として高速スイッチを用いた高周波回路を作製し、ピラー構造に入力する高周波20 GHz帯を1ナノ秒から数十ナノ秒程度で自在にパルス型に変化させることができるようになり、これをマイクロブリルアン散乱分光装置に組み込んだ。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

挑戦課題のフェーズドアレイ動作にはスピントルク発振器と、複数個の発信器同時動作が重要である。現在、エンドポイントディテクターを有していない環境で試料作製をしているため、ピラー構造の削りだしや埋め戻し努力に傾注せざるを得ず、スピントルク発振の検出には至っていない。数百ナノメートルスケールのナノピラーにおけるスピントルク発振を初めて研究技術に取り入れており、完全制御するための壁に直面している。

一方で外部回路としてのパルス入力などの電気・分光測定系は順調に開発ができており、複数ナノピラーへの高周波ディレイ入力が可能になった。分光測定では、多層膜試料に電流を注入することで、スピントルクによるマグノン強度増大などを検出できている。局所的な電気・分光測定が可能になっているため計測技術の基盤確立には成功したといえる。

上記の理由によりやや遅れていると判断した。

今後の研究の推進方策

磁性多層膜からなるナノピラーをシリコン基板上に複数個並べて微細加工し、全てがスピントルク発振するように微細加工作製の歩留まりを向上させていく。現在までに、Co,CoFeB,Ptなどのスパッタターゲットを整備できたため、垂直磁化膜を使ったナノピラー構造を作製できる可能性も出てきた。以上の多層膜を活用し、前年度に開発した高周波入力回路を組み合わせて、スピントルク発振器アレイにおける発振ディレイ制御に挑戦する。

またスピントルクアレイの発振ディレイ制御によってマグノン伝搬方向が変調できるか検証する。これには微細加工試料についてのマイクロブリルアン散乱分光実験を実施し、ピラー構造近傍のマグノン強度分布を可視化する。これにより、従来のCMOS 型演算の原理とは全く異なるマグノン論理演算素子に関して、これまでだれも踏み出したことのなかった、フェーズドアレイ型動作によるマグノン伝搬制御という新しい方法に挑戦する。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 2件)

  • [国際共同研究] マサチューセッツ工科大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      マサチューセッツ工科大学
  • [国際共同研究] モスクワ州立大学(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      モスクワ州立大学
  • [国際共同研究] コリア大学(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      コリア大学
  • [国際共同研究] ヘルムホルツ研究所(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ヘルムホルツ研究所
  • [雑誌論文] Current-induced modulation of backward spin-waves in metallic microstructures2017

    • 著者名/発表者名
      N. sato, S.J. Lee, S.W. Lee, K.J. Lee, and K. Sekiguchi
    • 雑誌名

      Journal of physics D: Applied Physics

      巻: 50 ページ: 94004

    • DOI

      10.1038/1361-6463/aa59d2

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Demonstration of a robust magnonic spin wave interferometer2016

    • 著者名/発表者名
      N. Kanazawa, T. Goto, K. Sekiguchi, A.B.Granovsky, C.A.Ross, H.Takagi, Y. Nakamura, and M. Inoue
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 ページ: 30268

    • DOI

      10.1038/srep30268(2016)

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin wave absorber generated by artificial surface anistropy for spin wave device network2016

    • 著者名/発表者名
      N. Kanazawa, T. Goto, K. Sekiguchi, A.B.Granovsky, C.A.Ross, H.Takagi, Y. Nakamura, and M. Inoue
    • 雑誌名

      AIP advance

      巻: 2016 ページ: 95204

    • DOI

      10.1063/1.4962664

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] イットリウム鉄ガーネットを用いたΨ型干渉器によるスピン波多数決回路2017

    • 著者名/発表者名
      金澤直樹、後藤太一、高木宏幸、中村雄一、ロスキャロライン、グラノフスキーアレクサンダー、関口康爾、内田裕久、井上光輝
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-15
    • 招待講演
  • [学会発表] イットリウム鉄ガーネットを用いたΨ型スピン波位相干渉器の作製2016

    • 著者名/発表者名
      金澤直樹、後藤太一、高木宏幸、中村雄一、ロスキャロライン、グラノフスキーアレクサンダー、関口康爾、内田裕久、井上光輝
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • 年月日
      2016-09-15
  • [学会発表] ナノマグノニクス”micro-BLS分光が拓く磁性体の当たらし可能性”2016

    • 著者名/発表者名
      関口康爾
    • 学会等名
      誘電体・磁性体若手夏の学校
    • 発表場所
      ルーセントタカミヤ(山形県・山形市)
    • 年月日
      2016-08-27
    • 招待講演

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公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-02-22  

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