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2021 年度 実績報告書

マグノントランジスタの開拓

研究課題

研究課題/領域番号 20K20362
研究機関横浜国立大学

研究代表者

関口 康爾  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (00525579)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワードスピン波 / マグノン / 量子効果
研究実績の概要

マグノントランジスタは情報キャリアとしてスピン波(マグノン)を活用して消費電力が大幅に小さいデバイスを希求する研究分野である。本研究では、マグノントランジスタに不可欠な、スピン波(マグノン)伝送路におけるスピン波スイッチングを実現することに挑戦した。動的マグノニック結晶と呼ばれるメアンダ構造を作製し、メアンダに流す電流磁場によってスピン波のブラッグ散乱強度を変調した。研究当初のシミュレーションでは分散性材質におけるスピン波周波数の広がりが大きく効かないと想定しており、実験的に単一メアンダ構造で減衰を測定していたが、減衰比率が最大で75%程度と向上しなかった。ギガヘルツ帯域におけるスピン波の実時間波形を調査し、周波数分散をカバーできる二重動的マグノニック結晶を作製するに至り、減衰率95%を達成した。これにより、スピン波の動的スイッチング機能が開発でマグノントランジスタの基盤技術を開発することに成功した。
また、トランジスタ応用には二次元平面での機能連結が必要となるが、面内磁化膜を使用する限り、スピン波のモード変換が必要不可欠となる。ポイントコンタクトと呼ばれる点接触を活用し、ペルチェ素子を使った熱制御技術を応用して、スピン波のモード変換を試みた。ペルチェ素子における局所冷却によって、スピン波を表面モードからバックワードモードへの変換に成功した。また局所加熱によって、逆にバックワードモードから表面モードへ返還させることに成功した。これらは、ペルチェ素子における電流方向の反転のみで制御できており、将来スピンペルチェ効果などのように微細加工技術で作りこんだ素子構造で応用可能な原理を開発したといえる。これまで独立のモードを使って研究開発されていたマグノニック機能を多段で組む基礎技術を獲得できた。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Propagating backward-volume spin waves in epitaxial Fe films2022

    • 著者名/発表者名
      Nezu S.、Scheike T.、Sukegawa H.、Sekiguchi K.
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 12 ページ: 035320~035320

    • DOI

      10.1063/9.0000258

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spin-wave switching using dynamic magnonic crystal2021

    • 著者名/発表者名
      Iwaba Masashi、Sekiguchi Koji
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 14 ページ: 073002~073002

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac0677

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 多磁区状態の強磁性薄膜におけるスピン波伝播の外部磁場依存性2021

    • 著者名/発表者名
      根津 昇輝、関口 康爾
    • 雑誌名

      日本磁気学会論文特集号

      巻: 5 ページ: 6~9

    • DOI

      10.20819/msjtmsj.21TR305

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Spin-wave rejection efficiency of dynamic magnonic crystal2022

    • 著者名/発表者名
      M. Iwaba and K. Sekiguchi
    • 学会等名
      2022 Joint MMM-INTERMAG
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrical Detection of Backward Spin-waves in Epitaxial Fe Films2022

    • 著者名/発表者名
      S. Nezu, T. Scheike, H. Sukegawa and K. Sekiguch
    • 学会等名
      2022 Joint MMM-INTERMAG
    • 国際学会
  • [学会発表] マグノン量子凝縮体の生成過程の研究2022

    • 著者名/発表者名
      藤原早希, 岩場雅司, 小田鴻志, 関口康爾
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] スピン軌道トルクによるスピン波の生成と検出2022

    • 著者名/発表者名
      中野裕介, 和田昌樹, 根津昇輝, 岩場雅司, 関口康爾
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] YIG微細構造におけるスピン波の空間分布2022

    • 著者名/発表者名
      和田昌樹, 根津昇輝, 岩場雅司, 藤原早希, 関口康爾
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] ブリルアン散乱分光法によるマグノン密度の時間分解測定2022

    • 著者名/発表者名
      関口康爾
    • 学会等名
      日本磁気学会235回研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 低消費電力マグノニクス2022

    • 著者名/発表者名
      関口康爾
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 時間分解ブリルアン散乱分光法を用いた非線形スピン波励起の研究2021

    • 著者名/発表者名
      小田鴻志, 岩場雅司, 関口康爾
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] スピン波伝搬におけるノイズ特性2021

    • 著者名/発表者名
      古川諒, 岩場雅司, 関口康爾
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 熱電素子を用いたスピン波伝搬制御2021

    • 著者名/発表者名
      江口拓朗, 関口康爾
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] マグノニック機能とデバイス応用2021

    • 著者名/発表者名
      関口康爾
    • 学会等名
      26th Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors
    • 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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