Non-linear magnonics in synthetic antiferromagnets

合成反铁磁体中的非线性磁振子学

基本信息

批准号：
21H04648
负责人：
水上成美
金额：
$ 27.87万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

スピンの波の量子（マグノン）を応用する技術はマグノニクスと呼ばれ、その技術を用いた高エネルギー効率の情報処理回路の実現が期待されている。その実現には、マグノンの非線形ダイナミクスを利用したデバイスが必要である。本研究では、人工の積層反強磁性体に特有の非線形マグノンダイナミクスを様々な手法を用いて研究し、その学理を構築する。特に、特異なマグノン増幅現象について研究し、それを応用したマグノン増幅デバイスのコンセプトを実証する。本年度は当初計画に従い、計画のベースとなる研究を行った。代表者（水上）は、積層反強磁性体の非線形マグノンダイナミクスに対するスピン散逸やマグノンモードの効果について明らかにするため、光パルスマグノン励起ならびに観察の手法を用いた実験を進めた。この研究の過程で、白金で挟み込んだ積層反強磁性体において、円偏光を用いた強磁性マグノン励起を新たに見出し、国際会議で報告した。また、代表者は、マグノンの非線形時空間発展イメージングならびに、三端子マグノン増幅素子の実証に向け、時空間分解計測の光学系改良を進めるとともにマイクロマグネティックシミュレーションによる数値解析を進めた。他方、代表者ならびに分担者（飯浜）は、ナノサイズの積層反強磁性体における非線形マグノンダイナミクスを明らかにすることを目的に、高磁場光学系の改良を進めた。また、英国のグループとともに、積層反強磁性体の磁化ダイナミクス計測を進めた。並行して、表面弾性波によって励振される非線形マグノンダイナミクスを明らかにするため、代表者はリチウムナイオベート単結晶基板上にコバルト鉄ボロン薄膜を作製し、分担者（能崎）はそのサンプル微細加工条件の最適化を進めデバイス作製の指針を得た。

应用自旋波量子（磁振子）的技术被称为磁振子学，预计该技术将用于实现高能效的信息处理电路。要实现这一目标，需要一种利用磁振子非线性动力学的装置。在本研究中，我们将采用各种方法来研究人工堆叠反铁磁体特有的非线性磁振子动力学，并构建其理论。特别是，我们将研究独特的磁振子放大现象，并演示应用该现象的磁振子放大装置的概念。今年，我们按照原计划进行了研究，为规划奠定了基础。代表（Mizukami）利用光学脉冲磁振子激发和观察技术进行了实验，以阐明自旋耗散和磁振子模式对堆叠反铁磁体的非线性磁振子动力学的影响。在这项研究过程中，我们新发现了在夹在铂之间的堆叠反铁磁材料中使用圆偏振光进行铁磁磁振子激发，并在国际会议上进行了报告。此外，该代表还致力于改进时空分辨测量光学系统，并利用微磁模拟进行数值分析，以演示磁振子和三端磁振子放大元件的非线性时空演化成像。另一方面，代表兼合著者（Iihama）继续改进高场光学系统，旨在阐明纳米级堆叠反铁磁体中的非线性磁振子动力学。我们还与一个英国小组合作测量堆叠反铁磁体的磁化动力学。与此同时，为了阐明表面声波激发的非线性磁振子动力学，代表人在铌酸锂单晶衬底上制作了钴铁硼薄膜，合著者（野崎）对样品进行了微加工我们继续优化条件并获得了器件制造指南。