希土類鉄ガーネット化合物を用いた磁気副格子のスピンダイナミクスに関する研究

利用稀土铁石榴石化合物研究磁性亚晶格的自旋动力学

• 批准号: 17J03624
• 负责人: 崎村 広人
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J03624/
• 关键词: スピントロニクス; 反強磁性体; 磁化ダイナミクス; マグノン; スピン流; 強磁性共鳴; 散乱現象; スピンホール磁気抵抗効果; 薄膜成長; 希土類鉄ガーネット

磁気副格子を持つ系の一種である反強磁性体は強磁性体にない特性を複数有することから次世代スピントロニクス素子の基盤材料として注目を集めており、その本格的な活用にはスピン減衰長の定量が不可欠である。先行研究における反強磁性体のスピン減衰長は測定方法により2桁程度のばらつきがあり、その正確かつ簡便な測定方法の確立が急務であった[1,2]。本年度我々はスピン減衰長定量の標準的な方法の一つである強磁性体(FM)/反強磁性絶縁体(AFI)接合を含む系を用いた面直スピンポンピング法に着目し、先行研究で無視されていた2マグノン散乱(TMS) の効果を補正することでAFI本来のスピン減衰長が従来の方法による測定値の約10倍であることを明らかにした。本成果は米国Physical Review Research誌に筆頭著者論文として掲載された。更に我々は、TMS増幅の原因であるFM/AFI接合面での交換バイアスに起因する特徴的なFM磁区構造をスピン偏極低エネルギー電子顕微鏡(SPLEEM)によりその場観察した。FM膜厚増加に伴う磁区サイズの成長レートを算出したところ、下層のAFIが厚いほど成長レートが小さくなった。これは界面の交換エネルギーの増加に起因する。この磁区構造が非周期摂動として界面のFM磁気モーメントの配列を乱すことでFM/AFI接合においてTMSが増幅される。本結果はFM/AFI接合系におけるAFI膜厚変化に伴うFM中の磁化ダイナミクスの変調の原因が交換バイアスに起因する界面の磁区構造にあることを直接観察したという点で重要である。本研究は物質材料研究機構との共同研究である。[1] H. Wang, et al., Phys. Rev. B 91, 220410(R) (2015)[2] R. Lebrun, et al., Nature 561, 222-225 (2018)

反铁磁体是一种具有磁性亚晶格的系统，具有铁磁体所不具备的多种特性，因此作为下一代自旋电子学器件的基础材料而受到关注。在以往的研究中，根据测量方法的不同，反铁磁体的自旋衰变长度大约有两个数量级的变化，迫切需要建立一种准确、简单的测量方法[1, 2]。今年，我们重点研究了使用包含铁磁（FM）/反铁磁绝缘体（AFI）结的系统的垂直自旋泵浦方法，这是量化自旋衰减长度的标准方法之一，并通过纠正该效应来研究之前的研究。通过对先前研究中忽略的2-磁振子散射（TMS）的测量，我们发现AFI的原始自旋衰减长度约为传统方法测量的10倍。该成果以第一作者身份发表在《美国物理评论研究》杂志上。此外，我们使用自旋极化低能电子显微镜（SPLEEM）原位观察了由 FM/AFI 结处的交换偏压引起的特征 FM 磁畴结构，这是 TMS 放大的原因。当我们计算磁畴尺寸随着FM薄膜厚度增加的增长速率时，我们发现底层AFI越厚，增长速率越小。这是由于界面交换能量的增加。这种磁畴结构以非周期性扰动的方式扰乱界面处 FM 磁矩的排列，从而放大 FM/AFI 结处的 TMS。这一结果很重要，因为它直接观察到由于FM/AFI结系统中AFI膜厚度的变化而调制FM中的磁化动力学的原因是由交换偏压引起的界面处的磁畴结构。这项研究是与国立材料科学研究所的共同研究。 [1] H. Wang 等人，Phys. Rev. B 91, 220410(R) (2015)[2] R. Lebrun 等人，Nature 561, 222-225 (2018)

项目成果

Two-Magnon Scattering Enhanced by Randomly-Distributed Antiferromagnetic Exchange Field

随机分布的反铁磁交换场增强双磁振子散射

• 发表时间: 2019
• 作者: Hiroto Sakimura; Akio Asami; Takashi Harumoto; Yoshio Nakamura; Ji Shi; Kazuya Ando
• 通讯作者: Kazuya Ando

Intrinsic spin decay length in antiferromagnetic insulator

反铁磁绝缘体中的本征自旋衰减长度

• 发表时间: 2019
• 作者: Hiroto Sakimura; Akio Asami; Hiroki Hayashi; Ji Shi; Kazuya Ando
• 通讯作者: Kazuya Ando

ウォルターマイスナー研究所(ドイツ)

沃尔特·迈斯纳研究所（德国）