Magnetic metamaterials created by high-energy heavy ion irradiation, and topological magnonics

高能重离子辐照产生的磁性超材料和拓扑磁子学

• 批准号: 21H04643
• 负责人: 家田 淳一
• 金额: $ 27.87万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04643/
• 关键词: スピン波; メタマテリアル; 磁性絶縁体; 重イオン照射; マスクパターニング; マグノン; 重イオンビーム; マグノニクス; スピントロニクス; 保磁力; パーコレーション; スピン格子結合

本研究では、放射線を用いた磁気メタマテリアルの作製を目的とする。対象となる材料は、ガリウムガドリニウムガーネットの基板に、イットリウム鉄ガーネット(以下YIG)を成膜したもの、及びYIGの元素置換物質(以下Bi-LuIG)を成膜したものの2種類である。原子力機構(東海)のフォトレジストプロセスによるパターニング試料作製、量研機構（高崎）の磁気光学測定、東大（本郷）の磁気ダイナミクス測定が連携する研究体制が整備された。今年度も、原子力機構(東海)のタンデム加速器を利用し、高速重イオン照射実験による試料作製を実施した。作製した試料の磁気光学測定と磁気ダイナミクス測定を実施し、その結果取りまとめを進めている。パターン化試料以外でも、重イオン照射によるBi-LuIGの磁気特性の変調効果を系統的に調べ、ある照射量閾値を境に保持力が急速に増大する振る舞いを発見した。この現象を理解するため、マイクロマグネッティックシミュレーションを実施し、重イオン照射によるアモルファス化した非磁性領域の蓄積により磁性領域が島状に分断される結果、ランダムな面内磁化配置が実現されることを突き止めた。この閾値的振る舞いは、２次元パーコレーション理論による解析とも整合する。これらは、磁性絶縁体の磁気特性を高速重イオン照射によって変調できることを示す世界初の成果であり、学会発表と論文発表（採択済）を行なった。この他、磁性絶縁体と重金属の2層膜において、スピンホール磁気抵抗効果に起因した、新たな磁気伝導特性が生じることを見出した。

The purpose of this study is to control the radiation in the magnetic field. The two types of film formation for the substrate, the substrate and the YIG element replacement substance (Bi-LuIG) are as follows: The preparation of sample preparation, magneto-optical measurement by the Atomic Energy Agency (Tokai) and magneto-optical measurement by the National Institute of Technology (Takasaki) was carried out. This year, the Atomic Energy Agency (East China Sea) has implemented the use of high-speed heavy radiation accelerator and sample preparation. Magnetic and optical measurements of samples were carried out and results were obtained. In addition to the chemical sample, the magnetic properties of Bi-LuIG were adjusted under heavy irradiation, and the retention force increased rapidly under the irradiation threshold. This phenomenon is understood as a result of the accumulation of non-magnetic domains and the occurrence of in-plane magnetization. The threshold value of vibration, two-dimensional theory, analysis and integration The magnetic properties of magnetic insulators are modulated at high speeds and show the world's first achievements. The magnetic resistance of the two-layer film of the magnetic insulator and the heavy metal is due to the occurrence of new magnetic conductivity characteristics.

项目成果

磁性絶縁体 LuIG の磁化過程に対する高エネルギー重イオン照射効果

高能重离子辐照对磁绝缘体LuIG磁化过程的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 針井 一哉;岡安 悟;埋田 真樹;有沢 洋希;日置 友智;家田 淳一
• 通讯作者: 家田 淳一

Magnetic Bragg peak enhancement under ultrasound injection

超声注射下的磁布拉格峰增强

• DOI: 10.1103/physrevresearch.4.013245
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review Research
• 影响因子: 4.2
• 作者: Shamoto Shin-ichi;Akatsu Mitsuhiro;Matsuura Masato;Ohira-Kawamura Seiko;Harii Kazuya;Ono Masao;Chang Lieh-Jeng;Ito Takashi U.;Nemoto Yuichi;Ieda Jun'ichi
• 通讯作者: Ieda Jun'ichi

The damage analysis for irradiation tolerant spin-driven thermoelectric device based on single-crystalline Y3Fe5O12/Pt heterostructures

基于单晶Y3Fe5O12/Pt异质结的耐辐照自旋驱动热电器件损伤分析

• DOI: 10.1109/tmag.2022.3145888
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Transactions on Magnetics
• 影响因子: 2.1
• 作者: Ieda Jun'ichi;Okayasu Satoru;Harii Kazuya;Kobata Masaaki;Yoshii Kenji;Fukuda Tatsuo;Ishida Masahiko;Saitoh Eiji
• 通讯作者: Saitoh Eiji

Magnetic Hysteresis Induction with Nanocolumnar Defects in Magnetic Insulators

• DOI: 10.7566/jpsj.92.073701
• 发表时间: 2023-07
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan
• 影响因子: 1.7
• 作者: K. Harii;Maki Umeda;H. Arisawa;T. Hioki;Nana Sato;S. Okayasu;J. Ieda

Magnetic property modification of LuIG caused by ion beam irradiation

离子束辐照引起 LuIG 磁性能改变

• 发表时间: 2021
• 作者: Kazuya Harii;Satoru Okayasu;Maki Umeda;Nana Sato;Hiroki Arisawa;Tomosato Hioki;Jun'ichi Ieda
• 通讯作者: Jun'ichi Ieda