2014 Fiscal Year Annual Research Report
スピントランスファートルクを用いた磁気ソリトンの励起とその干渉性に関する研究
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14J05944
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
佐藤 奈々 慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 強磁性金属 / スピン波 / スピントランスファートルク / 磁気ソリトン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電流によるスピントランスファートルク（STT）を用いた磁気ソリトンの形成にあたり、以下のような成果を得た。
1. 強磁性体中でのスピン波の伝搬を調べるため、マイクロブリルアン散乱分光装置を用いて、強磁性細線中のスピン波の強度を測定した。線幅2.5 μmのNiFe細線を線幅方向に着磁し、高周波磁場を用いて細線中にスピン波のモードの一つである静磁表面スピン波（MSSW）を励起した。細線上のスピン波強度を測定したところ、スピン波は細線の中心部に強く励起された。細線の端部では反磁場の発生のために、スピン波の伝搬が抑制され、スピン波の伝搬領域には有効領域があることが分かった。有効領域の両端で磁化の運動が抑制されるため、細線線幅方向には固定端の定在波が発生する。定在波の波数は量子化され、複数の量子化モードが励起する。本実験では、量子化モードの干渉によるスピン波の拡散を示唆する結果を得た。ソリトンは形状を保って伝搬するため、波束の集束・拡散に対する理解が重要である。モード干渉によってスピン波の集束・拡散を制御できることは、磁気ソリトンの形成に対して重要な意義を持つ。
2. 電流とスピン波の相互作用について調べるために、高周波磁場を用いてスピン波を励起したNiFe細線中に直流電流を入射した。線幅2.0 μm、膜厚190 nmのNiFe細線をアルゴンミリングによって作製した。細線を線幅方向および長手方向に着磁し、各着磁方向においてそれぞれMSSWと静磁後退体積スピン波（MSBVW）を励起した。ベクトルネットワークアナライザーを用いて細線中を伝搬したスピン波の周波数を測定した。MSSW、MSBVWの周波数はそれぞれ電流密度に依存して変化した。MSBVWに対するSTTの効果を測定した報告はなく、本研究において初めて確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
試料作製に関して、ポイントコンタクト試料の作製に不可欠である微細加工技術を用いた試料作製手法を確立した。アルゴンミリングによる膜厚190 μm、線幅2 μmのNiFe細線の削り出し、基板と細線の段差の埋め戻し、電子線描画装置およびリフトオフ法による線幅数百nmの細線のパターニングを習得した。
スピン波に及ぼす電流の影響に関しては、電流によるスピン波の周波数変化の測定に成功し、MSSWおよびMSBVWに対するSTTの効果を示唆する結果を得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
スピン波の周波数の電流密度依存性を測定することにより、電流がMSSWおよびMSBVWに及ぼすSTTの大きさを評価する。スピン波の周波数の変化には、STTによる変化と電流の作るエルステッド磁場による変化が含まれるので、エルステッド磁場の効果を排除する必要がある。試料の膜厚を変化させることで、エルステッド磁場の評価を行う。また、負の群速度を持つMSBVWに対するSTTの効果を調べる必要がある。
膜厚方向に数百μm、面内方向に数百nmの微細加工技術を習得したので、今後はポイントコンタクトの試料を作製し、電流によってスピン波および磁気ソリトンを励起することを目標とする。
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