2021 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of light-induced large magneto-dielectric devices using magnetic nanostructures
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19K22093
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
海住 英生 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70396323)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西井 準治 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60357697)
長浜 太郎 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20357651)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / ナノ構造 / 磁性 / 誘電率 / 光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子の電荷とスピンの2つの自由度を利用する「スピントロニクス」は、今世紀に入り輝かしい発展を遂げてきた。中でも、磁場により電気分極が変化する磁気誘電(MD)効果は磁気メモリ、ロジック回路素子、高周波インピーダンスチューナブルデバイス等への様々な応用が期待されていることから大きな注目を集めている。MD効果は、時間反転対称性と空間反転対称性が破れている系で観測される。これまでにMD効果は磁気ナノグラニュラー材料、強磁性トンネル接合、分子スピンバルブ素子、強磁性単電子トランジスタ等の系で見出されてきた。本研究課題では、強磁性ナノ構造に着目し、これにより光照射巨大磁気誘電デバイスの創製に挑戦する。本研究課題の推進は、光学、磁性、誘電性が互いに融合した新たな学際領域を創出させると同時に、次世代超高感度・低消費電力磁気メモリ素子の実現に向けた新しい設計指針を与えるものと期待できる。
本研究目標を達成するため、強磁性ナノ構造として、絶縁体中に磁気ナノ粒子を分散させた磁気ナノグラニュラー材料に着目し、光磁気誘電特性を調べた。光磁気誘電測定には独自で構築したレーザー光照射磁場中交流４端子法を用いた。その結果、レーザー光照射下において誘電率が変化する光誘電効果が観測された。この光誘電率変化は数kHzと数100kHz付近でピークを有する周波数特性を示した。また、本実験結果は2種類の誘電率から構成される並列等価回路を取り入れたDebye-Frohlich(DF)模型により定量的に説明することができた。一方で、レーザー光照射下において誘電率のみならず、電気抵抗率も変化する光抵抗効果も観測された。本実験結果はQuantum-mechanical tunneling(QMT)模型を用いた計算により定性的に説明することができた。
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