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

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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。