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2020 年度 実績報告書

音波を用いたスピン流の高効率生成と伝導制御に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 18H03867
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)

研究分担者 前川 禎通  国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 上級研究員 (60005973)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
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
研究実績の概要

本研究の目的は、環境負荷の低い物質を高性能なスピントロニクス材料とするため、全く新しい原理に基づくスピン流生成機構の基礎物理を解明することにある。具体的には、格子変形に含まれるマクロな角運動量(渦度)を非磁性金属薄膜中のミクロな電子スピンに変換するための物理解明と実験検証を行い、以下の成果を得た。
スピン渦度結合を定量的に理解するため、渦度ベクトルの向きが90度異なるレイリー波とラブ波によるスピン流のスピン偏極方向とそのスピン緩和長を調べた。スピン流により励起したスピン波共鳴の強度の外部磁場依存性より、前者はスピンホール効果と同様にスピン偏極とスピン角運動量の流れが直交するスピン流が生成されるのに対し、後者はスピン偏極と流れがコリニアなカイラルスピン流が発生することを明らかにした。さらに、温度、膜厚、および周波数依存性がスピン流とカイラルスピン流で異なることを初めて発見した。
次に、磁性体や貴金属の格子回転とスピン角運動量の変換効率を定量的に議論するため、バーネット効果を用いた格子回転の定量解析法を開発した。磁気弾性効果が無視できるFe-Ni合金薄膜にレイリー波を注入したところ、格子回転とNi-Fe合金の磁化の結合に由来するスピン波共鳴を観察することに成功し、その強度と格子回転振幅の相関を説明する計算モデルを構築することにより、ピコメートルオーダーの極微な格子回転を電気的に検出することができた。これにより、ギガヘルツオーダーの格子回転を与えることにより、キロヘルツオーダーの液体金属渦に比べてスピン流変換効率が3桁以上増加することが分かった。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [国際共同研究] 中国科学院大学.カブリ理論科学研究所(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      中国科学院大学.カブリ理論科学研究所
  • [雑誌論文] Experimental Method for Quantitative Evaluation of Nonlinear Magnetization Dynamics2021

    • 著者名/発表者名
      Okano Genki、Nozaki Yukio
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials

      巻: 141 ページ: 99~104

    • DOI

      10.1541/ieejfms.141.99

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of Gyromagnetic Spin Wave Resonance in NiFe Films2020

    • 著者名/発表者名
      Kurimune Yuki、Matsuo Mamoru、Nozaki Yukio
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 124 ページ: 217205 (1-6)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.124.217205

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ni/Pt2層膜における一方向性スピンホール磁気抵抗効果の測定2020

    • 著者名/発表者名
      瀬水ひかり, 岡野元基, 山野井一人, 能崎幸雄
    • 雑誌名

      電気学会研究会資料

      巻: MAG-20-068 ページ: 27-30

  • [雑誌論文] Electrical evaluation of the alternating spin current generated via spin-vorticity coupling2020

    • 著者名/発表者名
      Tateno Shoma、Okano Genki、Matsuo Mamoru、Nozaki Yukio
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 ページ: 104406 (1-9)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.102.104406

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Highly nonlinear frequency-dependent spin-wave resonance excited via spin-vorticity coupling2020

    • 著者名/発表者名
      Kurimune Yuki、Matsuo Mamoru、Maekawa Sadamichi、Nozaki Yukio
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 ページ: 174413 (1-7)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.102.174413

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] NiFe薄膜を用いた表面弾性波中のアインシュタイン・ドハース効果の観測2021

    • 著者名/発表者名
      立野翔真, 栗宗勇貴, 松尾衛, 山野井一人, 能崎幸雄
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] Cu-O/NiFe二層膜における一方向性磁気抵抗効果の温度依存性2021

    • 著者名/発表者名
      深見周平, 山野井一人, 能崎幸雄
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] 界面拡散させたSi/Al 2層膜に対するスピントルク効率の測定2021

    • 著者名/発表者名
      洞口泰輔, 大久保忠勝, 宝野和博, Zhenchao Wen, 三谷誠司, 介川裕章, 能崎幸雄
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] Cu-O/NiFe二層膜におけるスピン注入自励発振の検出2021

    • 著者名/発表者名
      井澤泰我, 山野井一人, 能崎幸雄
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
  • [学会発表] Efficient Control of Magnon Population by Injecting Spin Current Generated Using Naturally-Oxidized Copper Film2020

    • 著者名/発表者名
      G. Okano and Y. Nozaki
    • 学会等名
      65th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonreciprocal Propagation of Spin Waves in a Ni Film Excited Using Shear Strain Component of Rayleigh-Type Surface Acoustic Wave2020

    • 著者名/発表者名
      S. Tateno and Y. Nozaki
    • 学会等名
      65th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] Giant nonreciprocity in spinwave propagation magnetoelastically excited in Ni/Si bilayer films2020

    • 著者名/発表者名
      S. Tateno and Y. Nozaki
    • 学会等名
      Intermag 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrical control of parametric magnon exitation via spin current generated using naturally-oxidized copper film2020

    • 著者名/発表者名
      G. Okano and Y. Nozaki
    • 学会等名
      Intermag 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Spintronics using local angular momentum of surface acoustic wave2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Nozaki, S. Tateno, Y. Kurimune, M. Matsuo, and S. Maekawa
    • 学会等名
      第44回日本磁気学会学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Ta/Pt二層膜の膜厚によるスピン流制御に関する研究2020

    • 著者名/発表者名
      榊原 祐貴, 山野井 一人, 能崎 幸雄
    • 学会等名
      電気学会マグネティクス研究会
  • [学会発表] ニッケル/シリコン複合膜での表面弾性波駆動スピン波における巨大非相反現象2020

    • 著者名/発表者名
      立野 翔真, 能崎 幸雄
    • 学会等名
      日本物理学会2020 年秋季大会
  • [学会発表] 表面弾性波を用いて強磁性NiFe膜に生成したバーネット磁場の温度依存性2020

    • 著者名/発表者名
      鳥羽 竜生, 山野井 一人, 能崎 幸雄
    • 学会等名
      日本物理学会2020 年秋季大会
  • [学会発表] Ni/Pt 2層膜における一方向性スピンホール磁気抵抗効果の測定2020

    • 著者名/発表者名
      瀬水 ひかり, 岡野 元基, 山野井 一人, 能崎 幸雄
    • 学会等名
      電気学会マグネティクス研究会
  • [学会発表] 表面弾性波による強磁性体/半導体複合膜での巨大な非相反スピン波励起2020

    • 著者名/発表者名
      立野 翔真, 能崎 幸雄
    • 学会等名
      Spin-RNJ 若手オンライン研究発表会
  • [学会発表] スピントルクFMRスペクトル解析によるSi/Al/NiCu複合膜における微小スピントルク測定2020

    • 著者名/発表者名
      洞口 泰輔, 松尾 衛, 能崎 幸雄
    • 学会等名
      Spin-RNJ 若手オンライン研究発表会
  • [産業財産権] Spintronics device, magnetic memory, and electronic apparatus2020

    • 発明者名
      能崎幸雄
    • 権利者名
      能崎幸雄
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      WO 2020/050329 A1
    • 外国

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公開日: 2021-12-27  

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