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Study on multi-scale angular momentum conversion and generation of mechanical rotation from electron spin

电子自旋多尺度角动量转换及机械旋转产生研究

基本信息

批准号：
21H04565
负责人：
能崎幸雄
金额：
$ 27.79万
依托单位：
Keio 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 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、薄膜試料の磁気から音波（SAW）を生み出す逆変換を実証し、デバイス化に不可欠な磁気と音波の双方向変換を実現することである。本年度は、伝導電子スピンと局在電子スピンを介した磁気回転効果の効率の差異を調べるため、絶縁性の強磁性体（フェリ磁性体イットリウム鉄ガーネット（YIG））へのSAW注入実験に着手した。バルクと同等の磁化特性を薄膜YIGで実現するためには、結晶性の向上が不可欠である。一方、レイリー型SAWを優先励起できる圧電体単結晶基板（LN基板）は、原子配置の対称性が低いためエピタキシャル成長を実現することが難しく、実現例がほとんど報告されていない。今回、成膜後の熱処理条件（基板温度、雰囲気）により、YIGをLN基板上にエピタキシャル成長させることに成功した。また、空洞共振器を用いた強磁性共鳴スペクトルの観測にも成功し、良好なダンピング特性を確認した。現在、単結晶YIG薄膜へのSAW注入による磁気回転効果の評価を行っている。次に、非磁性体金属の伝導電子スピンに作用する磁気回転効果において、その素過程にスピン軌道相互作用が関与しているかどうかを明らかにするため、スピンホール効果の極性が異なる2種類の非磁性金属（PtとMn）と強磁性薄膜（Ni-Fe合金）を組み合わせた3層構造を作製し、音波の振幅変化と位相シフト量を測定した。その結果、いずれの構造においてもSAW由来のスピン波共鳴の励起を観測し、その強度を比較した。その結果、Ni-Fe合金にPt、またはMnを貼り付けた2層膜に比べ、Ni-Fe合金の上下にPtとMnを貼り付けた3層膜のスピン波強度が大きく、PtとMnからのスピントランスファートルクが相乗効果として作用することが分かった。一方、上下にPtを貼り付けた3層膜において、当初予想しなかった極めて非相反性の高いスピン波共鳴が励起された。

The purpose of this study is to demonstrate the inverse transformation of magnetic and acoustic waves (SAW) in thin film samples, and to demonstrate the bidirectional transformation of magnetic and acoustic waves in thin film samples. This year, we have started to adjust the efficiency difference of magnetic resonance effect in the electron medium and the SAW injection of insulating ferromagnetic materials (YIG). If the same magnetization characteristics as those of thin film YIG can be achieved, the improvement in crystallinity is indispensable. A single crystal substrate (LN substrate) with a single crystal structure is preferred for excitation. Now, the heat treatment conditions after film formation (substrate temperature, humidity) are successful. The test results of the cavity resonator with ferromagnetic resonance were successful and good. Now, the evaluation of magnetic resonance effect of SAW injection in single crystalline YIG thin films has been carried out. Second, the magnetic resonance effect of the nonmagnetic metal conduction electron interaction, the magnetic resonance process, the magnetic resonance effect, the magnetic resonance effect, the The results show that the structure of the medium is different from that of the medium, and the excitation of the medium is different from that of the medium. As a result, Ni-Fe alloy Pt, Mn and Mn are closely related to each other, and Ni-Fe alloy Pt and Mn are closely related to each other. The wave intensity of Ni-Fe alloy Pt and Mn is larger than that of Ni-Fe alloy Pt and Mn. A square, upper and lower Pt layers are attached to each other, and the resonance of the non-opposite high wave is excited.