【研究領域課題番号】21K18595 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スピントロニクス / 磁気共鳴 / マルチフェロイクス

【研究成果の概要】

初年度にあたる本年度は、空間反転対称性の破れた結晶構造を持つ磁性体であるCu2OSeO3やVOSe2O5について、その詳細な磁気共鳴ダイナミクスと電気磁気結合の計測・解明を行った。これらの物質は、それぞれキラル・極性構造を持ち、基底状態ではらせん磁気構造を、有限磁場下ではスキルミオン磁気構造を生じ、さらに磁気秩序に伴う系の対称性の低下を通じて電気分極が発現するマルチフェロイクスとしての性質も併せ持つことがわかっている。Cu2OSeO3のスキルミオン相では、振動磁場に対して活性なclockwise, counter-clockwise, breathingの３つの共鳴モードが存在することが従来から知られていたが、本研究では新たに、振動磁場に対して不活性な（＝マクロな磁化の振動を伴わない）octrupole, sextrupoleモードを、振動磁場活性なモードとのhybrizationを通じて実験的に観測可能であることを発見した。また、VOSe2O5についても、スキルミオン相に固有な３つの振動モードを同定することに成功し、複数存在する磁気相のそれぞれで、多彩な共鳴モードが生じることを明らかにした。上記の実験と平行して、磁気共鳴条件下で電流信号を観測するための測定系の立ち上げも行い、実際にマイクロ波吸収に付随して生じる電流信号を観測することに成功した。これらの信号は、マグノンシフト電流による寄与と、発熱による熱起電力・焦電流の寄与の両方を含む可能性があるため、その切り分けを行うために時間分解測定を可能とする実験系の構築を現在行っている。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2021-07-09 - 2023-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】応用物性

【研究領域課題番号】16H03850 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

磁性体 / スピントロニクス / トンネル磁気抵抗素子 / 磁界センサー / センサーアレイ / 磁気共鳴 / 微小センサー / 1/fノイズ / 非線形マグノイズ / 二重共鳴 / スピンエレクトロニクス

【研究成果の概要】

磁界センサーとしてナノサイズの磁性体を用いることによりセンサー内部の磁石の向きの乱れによるノイズの発生を抑え超高感度なセンサーを作ることを目的に研究を行った。その結果、センサーをナノサイズにすることにより携帯電話に使う電波の周波数帯ではノイズを理論値近くまで下げることができるが、医療への応用で重要になる音声周波数帯では磁性膜の縁の磁石の向きの乱れによるノイズが残ることを見出した。スキルミオンについての計算の結果、縁をなくすことによりノイズが低減することを見出した。

【研究の社会的意義】

医療で重要な脳磁計や心磁計には極低温でしか動作しないセンサーが使用されているためコストが高く、これらの装置は大病院にしか設置されていない。室温で動作する安価で超高感度な磁界センサーが出来ればこれらの検査機器を家庭医でも、あるいは個人でも持つことができるようになり心臓病や脳内の異常を早期に発見できるようになると考えられる。本研究はそのようなセンサーを開発するための基礎研究である。今回の研究成果は磁石を用いた磁界センサーの高感度化の障害となっている磁石の熱による乱れの影響を避ける方法のヒントとなるものである。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】15H05458 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スピントロニクス / 物性実験 / 磁気共鳴

【研究成果の概要】

本研究では、反転対称性の破れた結晶構造のバルク半導体を用いて、スピン分裂に由来したEdelstein効果に基づくスピン流・電流変換の観測を目指した。当初は、強磁性体との接合系におけるスピンポンピング法を用いていたが、この場合には界面における対称性の破れが強く効いてしまい、バルク結晶構造の対称性を反映した選択則を観測することができなかった。このため、磁気光電流効果（磁場下でスピン分裂の対称性を反映したバンド変形が生じた状態でキャリアを光励起することで電流が生じる）の手法を新たに用いた結果、バルク物質の結晶構造・スピン分裂の対称性から予測される方向に光誘起起電力が生じることを確認することができた。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】21,710千円 (直接経費: 16,700千円、間接経費: 5,010千円)

【研究分野】応用物性

【研究領域課題番号】26286041 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スピンエレクトロニクス / 熱工学 / 排熱利用 / エネルギー効率 / 磁性 / エネルギー効率化 / スピン波 / 磁気共鳴 / 赤外線カメラ / スピントロニクス / スピンホール効果

【研究成果の概要】

先ず、スピン波熱移送効果の原理の解明に取り組み、イットリウム鉄ガーネット(YIG)磁性体試料において励起スピン波の周波数依存性を観測した。励起スピン波において、低周波数では試料端でのスピン波熱移送効果が観測されるが、高周波数ではより試料内側に効果がシフトして観測されることを明らかにした。続いてスピンホール効果によるスピン波熱移送効果の制御を試みた。YIG試料上に製膜されたプラチナ薄膜やタングステン薄膜へ電流を印加し、スピンホール効果によるスピン注入による熱移送量の変調に起因する可能性のある温度の変調信号を赤外線カメラにより観測することに成功した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)

【研究分野】応用物性・結晶工学

【研究領域課題番号】23226001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スピントロニクス / 磁気共鳴 / ダイオード / スピントルク / 磁気異方性

【研究成果の概要】

スピントロニクスの新原理に基づく高周波用の新素子を研究・開発した。その結果、100nm程度というナノサイズの磁石に通電することにより100 GHzに至る高周波発振出力や多数の素子の同期現象による100μWにいたる高出力が得られることを明らかにした。さらに、位相同期帰還回路(PLL)に本素子を組み込むことにより発振の線幅を測定限界以下とすることに成功した。また、この発振素子が高感度磁場センサーや磁気共鳴センサーとなること、高周波の検波素子として用いると半導体の約3倍の検出感度を得られることを示した。今後、本素子の高周波応用が進むものと期待される。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】187,850千円 (直接経費: 144,500千円、間接経費: 43,350千円)