| 研究課題/領域番号 |
17104005
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
大谷 義近 東京大学, 物性研究所, 教授 (60245610)
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| 研究分担者 |
木村 崇 東京大学, 物性研究所, 助手 (80360535)
ノリ フランコ (独)理化学研究所, フロンティア研究システム, チームリーダー (50415262)
ハムル ヤロスラフ (独)理化学研究所, フロンティア研究システム, 研究員
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| キーワード | ナノ磁壁 / ラチェット駆動 / スピントルク / 磁壁モーター |
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| 研究概要 |
本研究では生体分子モーターに特徴的なラチェット機構を微小磁性体内部におけるナノ磁壁の運動や強磁性体/非磁性体ナノ構造中のスピン分極に応用し、外部からの揺らぎ(振動磁場、振動電場やスピントルク)を与えることにより特定方向への磁壁運動、スピン分極を生み出す機能を持つ素子の開発を目指している。本年度は、ナノ磁壁の位置検出手法の開発とそのラッチェット駆動機構の確立に集中して研究を遂行した。まず、位置検出の手法として2次元電子ガスの十字構造の示す曲がり抵抗に着目し、ナノ磁壁の位置を高感度に検出する手法を開発した。また、通常の形状を鋸の歯型に微細加工した磁気細線を用いた磁壁の駆動では、駆動中の磁壁の形状が著しく変化してしまうので、磁壁の形状が変化せずに駆動することが可能な微細構造の設計及び作製を行った。その際、リング形状の微小磁性体ではオニオン状態と呼ばれる磁壁対を持つ磁化状態が安定に存在することを考慮した。我々は楕円型のリングでは磁壁の感じるポテンシャルエネルギーが場所によって異なるため、振動交流磁場を重畳すると、対で存在するナノ磁壁をいわばモーターのように特定の方向に回転できる可能性を見出した。また、印加する交流磁場の楕円リングの長軸に対する傾ける角度によって試料形状を変化させることなく回転方向を制御することができる点もこのシステムの重要な特徴である。次に、楕円リングにおける磁壁対回転を理論的なシミュレーションによって確認し、幅や曲率等を変化させたいくつかの試料において、先述の半導体二次元電子系の手法を用いて磁壁対の振る舞いを様々な面内磁場角度で詳細に調べた。シミュレーションでは磁壁対は常に対向して回転するが実際の試料においては欠陥によるピン止めや試料の非対称性の影響が無視できず、どちらかの磁壁が先に回転し、もう一方の磁壁に接近するため、対消滅してしまう結果となった。そこで対消滅を防ぐため磁壁が即座に反対側の磁壁付近まで移動しないように形状を工夫したところ、狭い磁場角度の範囲ではあるが磁壁対を消滅させずに回転させることに成功した。
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