Spintronics based on the Information thermodynamics

点击翻译按钮获取中文摘要

電子の磁石としての性質であるスピンの流れを制御することにより有用な電子デバイスを実現してきたスピントロニクスの分野に「情報流」の概念を導入し、ナノサイズの磁石とその複合系における情報熱力学の学理を構築することを目的として研究を開始した。情報流の評価には非常に多くの測定サンプリング数を必要とすることからシミュレーションによる解析を可能とするためにスキルミオンを粒子と見立てた力学モデルに立脚したシミュレーターを作成した。そのシミュレーターを用いて情報流を評価することにより情報の伝達に必要な時間はスキルミオンの拡散時間にほぼ等しいことを見出した。一方、実験結果の情報流解析からはスキルミオンの運動が非マルコフ的であることを見出した。これは、素子内に複数のトラップサイトがあるために系が隠れマルコフシステムになっているからであると考えられた。集束イオンビーム加工によりスキルミオンに対する調和ポテンシャルを作ることを試みたがスキルミオンをうまくトラップすることができなかった。引き続き条件の最適化を行う。電圧ゲートの端にスキルミオンがトラップされてしまう問題を解決するためにSiO2層を厚膜化した。その結果、ゲートの下をスキルミオンが通り抜けるようになった。そこで、電圧効果により動作するp-bitを設計した。また、回路中の複数のスキルミオンをリアルタイムで検出しフィードバックするために磁気光学顕微鏡をPXIシステム(FPGA)で制御可能にした。磁気キャパシタンス効果について引き続き研究したが効果が得られなかった。ブラウニアン計算の電力消費についてアニール効果も考慮に入れた動作についての検討を始めた。