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2023 年度 実績報告書

マルチスケール角運動量変換の学理構築と電子スピンによる力学的回転の生成

研究課題

研究課題/領域番号 21H04565
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 松尾 衛  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 客員研究員 (80581090)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2024-03-31
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 / 磁気弾性波
研究実績の概要

本研究の目的は、強磁性薄膜試料の磁気から音波(SAW)を生み出す逆変換を実証し、デバイス化に不可欠な磁気と音波の双方向変換を実現することである。本年度は、ベクトルネットワークアナライザを用いて磁気の波と音波の相互作用により発生する磁気弾性波の振幅と位相、及び非相反性(磁気と音波の相互作用が磁気弾性波の磁化方向と伝搬方向により非対称化する現象)の材料・結晶構造依存性を調べた。前年度に高品質エピタキシャル膜の成長に成功した強磁性絶縁体(フェリ磁性体イットリウム鉄ガーネット(YIG))では、多結晶YIG膜に比べて大幅な磁気特性向上(飽和磁化の増加、ダンピング定数の減少)が見られたものの、磁気弾性波の励起効率は同程度の磁気特性を持つ金属強磁性体に比べて極めて小さいことが分かった。この結果は、磁気と音波の結合において伝導電子の寄与を考慮した理論が不可欠であることを示唆している。そのため、伝導電子の速度場の渦度と磁気の結合に関する微視的理論と、音波(格子変位の速度場の渦度)と磁気の結合に関する微視的理論を拡張し、伝導電子、磁気、音波が協奏する現象を取り扱うことできる新しい理論構築が今後の課題である。
また、音波を励起する単結晶圧電基板と格子定数の整合性が高い金属強磁性薄膜において、磁気弾性波の共鳴スペクトルの線幅がわずかな磁化方位の違いにより急激に変化することを発見した。線幅の大きさは、磁気と音波の相互作用の強度と密接に関係する。今回の結果より、圧電基板と金属強磁性薄膜を格子整合させ、磁化ベクトルに対する音波の相対的な伝搬方向を精密に制御することにより、磁気から音波への変換効率を飛躍的に向上させることができることを明らかにした。本成果は、磁気回転効果のデバイス応用に必要な圧電材料と強磁性材料の複合化に関する材料科学の指針を与えるものと期待される。

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

    (13件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 6件) 備考 (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] Y3Fe5O12 film with multi-domain epitaxy on single-crystalline LiNbO3 substrate2024

    • 著者名/発表者名
      Yamanoi Kazuto、Hase Kenta、Komori Sachio、Taniyama Tomoyasu、Nozaki Yukio
    • 雑誌名

      APL Materials

      巻: 12 ページ: 021130(1-5)

    • DOI

      10.1063/5.0189760

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spin-torque generation using a compositional gradient at the interface between titanium and tungsten thin films2023

    • 著者名/発表者名
      Nakayama Hayato、Horaguchi Taisuke、He Cong、Sukegawa Hiroaki、Ohkubo Tadakatsu、Mitani Seiji、Yamanoi Kazuto、Nozaki Yukio
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 107 ページ: 174416(1-9)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.107.174416

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A large modulation of spin pumping using magnetic phase transitions in single crystalline dysprosium2023

    • 著者名/発表者名
      Yamanoi Kazuto、Sakakibara Yuri、Fujimoto Junji、Matsuo Mamoru、Nozaki Yukio
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 16 ページ: 063004(1-6)

    • DOI

      10.35848/1882-0786/acde67

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Giant gyromagnetic effect in thin film devices2023

    • 著者名/発表者名
      Yukio Nozaki
    • 学会等名
      NanoScientific Symposium Japan 2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spin current generation using mechanical rotation2023

    • 著者名/発表者名
      Yukio Nozaki
    • 学会等名
      EU-Japan Workshop on Spintronics and Quantum Transformation (Spin-QX 2023)
    • 招待講演
  • [学会発表] "GYRO-spintronics" ~mechanical rotation for spintronics~2023

    • 著者名/発表者名
      Yukio Nozaki
    • 学会等名
      Technical Meeting on Nanomagnetics, MSJ
    • 招待講演
  • [学会発表] Spin current generation using macroscopic rotational motion2023

    • 著者名/発表者名
      Yukio Nozaki
    • 学会等名
      Spintronics workshop 2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spintronics applications of gyromagnetic effect2023

    • 著者名/発表者名
      能崎幸雄
    • 学会等名
      第47回 日本磁気学会学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 磁気回転効果のスピントロニクス応用2023

    • 著者名/発表者名
      能崎幸雄
    • 学会等名
      岩手スピン若手会2023
    • 招待講演
  • [学会発表] NiFe/Pt 2層膜の音響スピン注入の温度依存性2023

    • 著者名/発表者名
      山野井一人, 鳥羽竜生, 能崎幸雄
    • 学会等名
      マグネティックス研究会
  • [学会発表] 高次表面弾性波を用いた音響スピン波強度の周波数依存 性2023

    • 著者名/発表者名
      山野井一人, 能崎幸雄
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [備考] 能崎研究室ホームページ

    • URL

      http://www.phys.keio.ac.jp/guidance/labs/nozaki/index.html

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公開日: 2024-12-25  

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