トポロジカルスピンテクスチャの物性とその応用への基盤構築

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01364
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 劉 小晰 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (10372509)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: Spintronics / Topological spintexture

研究実績の概要

今年度では、引き続き磁気スキルミオンの量子ビットへの応用、磁気スキルミオン論理ゲート、ソリトンとしたの磁気スキルミオンの集合的な振る舞いの特徴、応用に関して、実験並びにシミュレーションを行った。磁気スキルミオンを利用したユニバーサル量子ビットを初めて提案しました。フラストレートした磁石の中の磁気スキルミオンはヘリシティ自由度を持ち、二重に縮退したブロッホ型スキルミオンは磁気双極子間相互作用によってエネルギー的に有利になる。 磁性二重層系におけるナノスケールのスキルミオンに基づいてユニバーサル量子計算が可能であることが示された。 1量子ビットの量子ゲートは、電場とスピン流を制御することで実現される。 2量子ビットゲートはイジング型交換結合を利用して実現できると証明した。外部磁場の不要な点な本提案の大きな特徴となる。 これらの結果は、ナノスケールのトポロジカルスピンテクスチャーに基づくユニバーサル量子計算への道を開く。 関連する結果は、Physical Review Letters に掲載された。さらに、ノッチ付き強磁性ナノトラックにおける磁区再配向が、ナノトラックに垂直な固定面内方向に均一な磁場パルスを印加することによって実現され、効果的に制御できることを報告した。 結果として、ノッチ付きナノトラック内の磁区の構成は、磁場パルスによって駆動される可逆的な方法でヘッドツーヘッド状態とテールツーテール状態の間で切り替えられるが、反転する必要がないことを示した。 磁場の方向。 このような独特の磁区再配向ダイナミクスは、磁気パラメータとナノトラックの形状に依存することがわかった。関連する結果は、Physical Review B に記事として掲載されました。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Chiral Skyrmions Interacting with Chiral Flowers (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhang Xichao、Xia Jing、Tretiakov Oleg A.、Ezawa Motohiko、Zhao Guoping、Zhou Yan、Liu Xiaoxi、Mochizuki Masahito
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 23 ページ: 11793～11801
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03792
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Laminar and transiently disordered dynamics of magnetic-skyrmion pipe flow (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhang Xichao、Xia Jing、Tretiakov Oleg A.、Ezawa Motohiko、Zhao Guoping、Zhou Yan、Liu Xiaoxi、Mochizuki Masahito
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 108 ページ: 144428 1~10
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.144428
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reversible magnetic domain reorientation induced by magnetic field pulses of fixed direction (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhang Xichao、Xia Jing、Tretiakov Oleg A.、Zhao Guoping、Zhou Yan、Mochizuki Masahito、Liu Xiaoxi、Ezawa Motohiko
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 108 ページ: 064410 1~14
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.064410
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Universal Quantum Computation Based on Nanoscale Skyrmion Helicity Qubits in Frustrated Magnets (2023)
  • 著者名/発表者名: Xia Jing、Zhang Xichao、Liu Xiaoxi、Zhou Yan、Ezawa Motohiko
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 130 ページ: 106701 1~4
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.106701
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Skyrmion-based reconfigurable logic gates and diodes in a racetrack with hard magnetic material and a notch (2023)
  • 著者名/発表者名: Shu Yun、Li Qianrui、Xia Jing、Lai Ping、Zhao Yonghong、Zhou Yan、Liu Xiaoxi、Zhao Guoping
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 568 ページ: 170387～170387
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2023.170387
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Skyrmion-based logic gates controlled by electric currents in synthetic antiferromagnet (2023)
  • 著者名/発表者名: Li Linlin、Luo Jia、Xia Jing、Zhou Yan、Liu Xiaoxi、Zhao Guoping
  • 雑誌名: Chinese Physics B 巻: 32 ページ: 017506～017506
  • DOI: 10.1088/1674-1056/ac9b01
  • 査読あり / 国際共著