2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study of quantum dynamics of spin current through high-frequency noise measurement
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18J20527
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
岩切 秀一 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
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。
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| Strategy for Future Research Activity |
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。
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