波として伝わる磁気振動の回転方向の制御と検出に成功

磁気の波の新たな自由度を開拓

概要

京都大学化学研究所の塩田陽一 准教授、小野輝男 同教授らの研究グループは、産業技術総合研究所（以下、産総研という）新原理コンピューティング研究センターの谷口知大 研究チーム長、名古屋大学大学院工学研究科の森山貴広 教授と共同で、二つの磁石の磁極が逆方向に結合した人工反強磁性体において、波として伝わる磁気振動（マグノン）の回転方向を励起マイクロ波の周波数で制御し、その回転方向を電気的に読み取ることに成功しました。

反強磁性体のマグノンは、右回りと左回りの二つの異なる回転モードが存在するため、マグノンに回転極性という新たな自由度を付加することが可能です。しかし、通常の反強磁性体の磁極は外場による制御が困難なことから、異なる回転極性を有するマグノンの生成・伝送・検出を一つのデバイスで実証した例はこれまでありませんでした。

本研究では、上下を白金（Pt）で挟んだ垂直磁化の人工反強磁性体を用いることで、励起マイクロ波の周波数によって選択的にマグノンの回転方向を制御し、伝搬したマグノンの回転方向をスピン流－電流変換現象を介して電気的に検出することに成功しました。この成果は、マグノンを利用したスピンデバイスに回転極性という新たな自由度を提供することになり、スピントロニクス研究分野の発展に大きく貢献することが期待されます。

本研究成果は、2024年11月20日に国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されます。

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