• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実績報告書

高周波ゆらぎ測定を用いたスピン流量子ダイナミクスの解明

研究課題

研究課題/領域番号 18J20527
研究機関大阪大学

研究代表者

岩切 秀一  大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
キーワードスピン流 / 磁化ダイナミクス / 非線形現象 / ゆらぎ / スピントルク / スピンデバイス / 磁化反転 / 微小強磁性体
研究実績の概要

本研究課題は、微細加工技術や高周波測定を駆使して、スピン伝導の時間的特性(ダイナミクス)やスピン流が関与する相互作用の機構を解明しようとするものである。すでに前年度において、微細加工デバイス作製法や測定系を構築し、スピン流と磁化との相互作用についての研究を進められた。中でも、①スピン流下における磁化ゆらぎの測定②スピンの非線形ダイナミクスについて、の研究に着手することができた。

①ナノスケールの磁化は、異方性などによる閉じ込めポテンシャルが熱ゆらぎと同程度のスケールであるため、スピン流などの外的要因によって多彩なダイナミクスを発現する。こうした現象は、電気伝導によってプローブすることができため、スピン流と磁化の相互作用やスピン流の下での磁化ゆらぎの性質を調べる格好の舞台である。前年度まで、MgO/CoFeB/Wを基本構造とした垂直磁気異方性を有するナノピラーにおいて、スピン注入が磁化ダイナミクスに及ぼす影響を研究し、スピン軌道トルクのダンピング成分によって、磁化ゆらぎを大きく抑制できることが示唆された。この結果は、現在筆頭著者論文として投稿中である。

②スピン流誘起の磁化発振現象は、高周波デバイス応用などの観点から盛んに研究されてきた。従来の研究では、安定点付近での小角発振といった平衡状態近傍でのダイナミクスが主に研究されている。一方で、スピン流による励起強度を増した非線形非平衡領域において現れるダイナミクスについては未解明である。前年度では、発振状態に対してスピン流を印加可能な素子を作製し、スピン流注入によるパワー変調やモード変換を観測することができた。国内外の研究者とも議論を進めているところであり、スピン流のダイナミクスや相互作用について本質的な理解を得ることが期待される。

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

本研究課題は、微細加工技術や高周波測定を駆使して、スピン伝導の時間的特性(ダイナミクス)やスピン流が関与する相互作用の機構を解明しようとするものである。初年度となる本年は、微細加工デバイス作製法や測定系を構築し、スピン流と磁化との相互作用についての研究を進めた。実験から、熱ゆらぎによる磁化運動がスピン流によって大きく変調されることを見出し、スピントルクと呼ばれるスピン流と磁化の相互作用が磁化の熱ゆらぎと密接に関係していることが分かった。この結果は、筆頭著者論文として投稿中である。
その他にも、トンネル磁気接合素子におけるスピン依存非線形伝導のメカニズムや、高周波ゆらぎ測定を用いた磁化の非線形ダイナミクスについての研究を開始し、すでに興味深い結果が得られている。こうした研究については、国内外の研究者とも議論を進めているところであり、今後さらに研究を進めることで、スピン流のダイナミクスや相互作用について本質的な理解を得ることが期待される。
以上の点から、本年度の進捗状況については期待以上の研究の進展があったといえる。

今後の研究の推進方策

二年目となる本年度は、トンネル磁気接合素子におけるスピン依存非線形伝導のメカニズムや、高周波ゆらぎ測定を用いた磁化の非線形ダイナミクスについての研究を発展させる計画である。中でも、①スピン流下における磁化ゆらぎの測定、②スピンの非線形ダイナミクスについて、の研究を進める計画である。
①ナノスケールの磁化は、異方性などによる閉じ込めポテンシャルが熱ゆらぎと同程度のスケールであるため、スピン流などの外的要因によって多彩なダイナミクスを発現する。こうした現象は、電気伝導によってプローブすることができため、スピン流と磁化の相互作用やスピン流の下での磁化ゆらぎの性質を調べる格好の舞台である。前年度まで、MgO/CoFeB/Wを基本構造とした垂直磁気異方性を有するナノピラーにおいて、スピン注入が磁化ダイナミクスに及ぼす影響を研究し、スピン軌道トルクのダンピング成分によって、磁化ゆらぎを大きく抑制できることが示唆された。この結果は、現在筆頭著者論文として投稿中である。本年度は、測定系を立ち上げ、スピン流注入下における磁化ゆらぎを実際に評価する計画である。
②スピン流誘起の磁化発振現象は、高周波デバイス応用などの観点から盛んに研究されてきた。従来の研究では、安定点付近での小角発振といった平衡状態近傍でのダイナミクスが主に研究されている。一方で、スピン流による励起強度を増した非線形非平衡領域において現れるダイナミクスについては未解明である。前年度では、発振状態に対してスピン流を印加可能な素子を作製し、スピン流注入によるパワー変調やモード変換を観測することができた。本年度はスピン流とそのダイナミクス・相互作用について、詳細な測定・解析を通してその全貌を明らかにする計画である。国内外の研究者とも議論を進めているところであり、スピン流のダイナミクスや相互作用について本質的な理解を得ることが期待される。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2019 2018

すべて 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] スピン軌道トルクによる磁化の準安定状態の観測2019

    • 著者名/発表者名
      岩切秀一, 杉本聡志, 新見康洋, 小林研介, 葛西伸哉
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
  • [学会発表] 微細加工技術の開発とGaAs系二次元電子系単電子源への応用2019

    • 著者名/発表者名
      則元将太, 岩切秀一, 横井正彦, 荒川智紀, 新見康洋, 小林研介
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
  • [学会発表] Magnon-assisted nonlinear conduction in CoFeB/MgO/CoFeB Magnetic Tunnel Junction2018

    • 著者名/発表者名
      S. Iwakiri, Shota Norimoto, Takuya Asano, Tomonori Arakawa, Shinya Kasai, Yaushiro Niimi, and Kensuke Kobayashi
    • 学会等名
      The International Symposium for Materials Scientists
    • 国際学会
  • [学会発表] 極低温高周波測定系の評価と単電子源の分光測定2018

    • 著者名/発表者名
      則元将太, 岩切秀一, 横井正彦, 荒川智紀, 新見康洋, 小林研介
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
  • [学会発表] MHz帯における磁気トンネル接合の雑音測定”2018

    • 著者名/発表者名
      岩切秀一, 則元将太, 浅野拓也, 荒川智紀, 葛西伸哉, 新見康洋, 小林研介
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
  • [学会発表] 微小磁性体における高周波電流雑音測定系の開発2018

    • 著者名/発表者名
      岩切秀一, 則元将太, 荒川智紀, 葛西伸哉, Meydi Ferrier, 新見康洋, 小林研介
    • 学会等名
      日本物理学会第72 回年次大会

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi