キラルスピンソリトン格子を用いたマイクロ波デバイスの機能開拓とダイナミクスの解明

使用手性自旋孤子晶格开发微波器件的功能并阐明其动力学

• 批准号: 21J14431
• 负责人: 島本 雄介
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14431/
• 关键词: キラル磁性; 集団運動; 強磁性共鳴; Beyond 5G; スピントロニクス; マグノニクス; Beyond 5G・6G; ミリ波

本年度は、主に、キラルソリトン格子（Chiral Soliton Lattice: CSL）に特有の集団励起である「CSLフォノン」に関する研究を推進した。CSLは周期変調が可能な磁気的な超格子である。磁気超格子の並進対称性の破れに応じて、CSLフォノンモードが励起されることが期待できる。しかし、これまでに明確な実験的証拠は得られておらず、モードの存在を実証することは重要な研究課題となっていた。遷移金属ダイカルコゲナイドCrNb3S6結晶において、CSLフォノンの応答として期待される磁気共鳴の高次モードを16 GHzから40 GHzという周波数帯で観測した。理論解析から、CrNb3S6結晶における交換相互作用の大きさを見積もった。さらに、臨界磁場が異なる結晶においてCSLフォノン測定を行い、臨界磁場の値が大きくなるにつれて反対称交換相互作用の値も大きくなることを明らかにした。これらの成果の一部は、米国物理学会Physical Review Lettersに掲載されており、基礎研究として高く評価されている。実験に用いた装置の上限周波数は40 GHzであり本実験での検出限界を与えていたが、高次モードは100 GHzを超えて成長すると見積もることができる。元素置換したCrTa3S6結晶ではその物質パラメーターからCSLフォノンの周波数がさらに高くなり、550 GHzに到達すると予測される。つまり、CSLフォノンは、サブテラヘルツ帯域まで磁気共鳴の周波数を変調するための新たな指導原理となり、Beyond 5Gに代表されるような次世代通信システムの技術開発に貢献することが期待できる。このように、本研究成果は、キラル磁性応用の道筋を示しており、科学新聞や国内外のウェブメディアにも取り上げられている。

This year は, main に, キ ラ ル ソ リ ト ン grid (Chiral Soliton Lattice: CSL) に の set special 団 wound up で あ る "CSL フ ォ ノ ン" に masato す を る research advance し た. CSL が periodic modulations が possible な magnetics な superlattice である. Magnetic energy transcends the grid and parallel symmetry <s:1> breaks れに応じて, CSLフォノ モ モ ドが ドが encourages される とが とが とが to expect で る る. し か し, こ れ ま で に clear な be 験 evidence 拠 は have ら れ て お ら ず, モ ー ド の is を card be す る こ と な important research problem は と な っ て い た. Migration metal ダ イ カ ル コ ゲ ナ イ ド CrNb3S6 crystallization に お い て, CSL フ ォ ノ ン の 応 answer と し て expect さ れ る 気 magnetic resonance の high order モ ー ド を 16 GHz か ら 40 GHz と い う cycle for 帯 で 観 measuring し た. Theoretical analysis: ら, CrNb3S6 crystal における exchange interaction: <s:1> large さを さを see product: った った. さ ら に, critical magnetic field が different な る crystallization に お い て CSL フ ォ ノ ン determination を い, critical magnetic field on の numerical が big き く な る に つ れ て の anti polices said exchange interaction numerical も big き く な る こ と を Ming ら か に し た. の a は こ れ ら の achievements, the institute of physics Physical Review Letters に first white jasmines load さ れ て お り, basic research と し て high く Review 価 さ れ て い る. Be 験 に with い た device の limit cycle for 40 GHz は で あ り this be 験 で の 検 out limit を and え て い た が, high times モ ー ド は 100 GHz を super え て growth す る と see product も る こ と が で き る. Element displacement し た CrTa3S6 crystallization で は そ の material パ ラ メ ー タ ー か ら CSL フ ォ ノ ン の cycle for が さ ら に high く な り, 550 GHz に reach す る と be さ れ る. つ ま り, CSL フ ォ ノ ン は, サ ブ テ ラ ヘ ル ツ 帯 domain ま で 気 magnetic resonance の cycle for を - adjustable す る た め の new た な guiding principle と な り, Beyond 5 g に for さ れ る よ う な next generation communication シ ス テ ム の technology open 発 に contribution す る こ と が expect で き る. は こ の よ う に, this research results, the キ ラ ル magnetic 応 を with の way muscles in し て お り at home and abroad, the science news や の ウ ェ ブ メ デ ィ ア に も take on り げ ら れ て い る.

项目成果

キラル磁気超構造における集団共鳴運動

手性磁性上层建筑中的集体共振运动

• 发表时间: 2023
• 作者: Y. Shimamoto;F. J. T. Goncalves;T. Sogo;Y. Kousaka;Y. Togawa;瀬戸健太郎;Kurokawa Chiemi;島本雄介
• 通讯作者: 島本雄介

キラル磁気ソリトン格子の集団共鳴運動

手性磁孤子晶格的集体共振运动

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Shimamoto;Y. Kousaka;Y. Togawa
• 通讯作者: Y. Togawa

Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf(ドイツ)

德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心（德国）

Collective Resonant Dynamics of the Chiral Spin Soliton Lattice in a Chiral Magnetic Crystal CrNb3S6

手性磁晶体 CrNb3S6 中手性自旋孤子晶格的集体共振动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Shimamoto;Y. Kousaka;Y. Togawa;瀬戸健太郎;黒川智恵美;Y. Shimamoto
• 通讯作者: Y. Shimamoto

Observation of Collective Resonance Modes in a Chiral Spin Soliton Lattice with Tunable Magnon Dispersion

具有可调谐磁振子色散的手性自旋孤子晶格中集体共振模式的观察

• DOI: 10.1103/physrevlett.128.247203
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review Letters
• 影响因子: 8.6
• 作者: Shimamoto Y.;Matsushima Y.;Hasegawa T.;Kousaka Y.;Proskurin I.;Kishine J.;Ovchinnikov A. S.;Goncalves F. J. T.;Togawa Y.
• 通讯作者: Togawa Y.