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Realization of novel devices with inductive ac spin current

具有感应交流自旋电流的新型器件的实现

基本信息

批准号：
22K14301
负责人：
重松英
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14301/
关键词：
スピントロニクス強磁性共鳴高周波測定

项目摘要

スピントロニクスと呼ばれる学問領域では電子移動に伴うスピン輸送をスピン流と捉えることで，新たなエレクトロニクス領域を開拓するための研究が進んでいる．近年，この交流スピン流をコプレナー導波路上に置いた磁性体試料において簡便に検出できる手法が提案され，実証されている[A. J. Berger et al., Phys. Rev. B, 97, 094407 (2018)]．本研究では，主にこの方法に基づいて，球状の磁性絶縁体/金属構造における金属への交流スピン流生成，また交流スピン流電流変換による交流電流生成現象を実験的に検証することにした．１年目では，球状YIGを用いた素子開発ならびに高周波測定に取り組んだ．まず，はじめには直線状のコプレナー導波路を用いた．コプレナー導波路の中心にYIG球を設置した．この状態でコプレナー導波路に垂直な方向の外部静磁場を印加した． S21は複素電圧透過係数なので，その外部静磁場による変化はYIG球試料のもつ交流磁気感受率による電力吸収に相当する．とりわけ，(110)モードと呼ばれるモードは強磁性共鳴を示し，全球面，球内において同一の位相で磁気歳差している．このような場合は，金属帯を設置すると，同じ位相でスピン偏極を持つ交流スピン流が各所で球面の法線方向に注入されて，スピン流電流変換を経た後は位相が揃った交流電流が環状電流を生成することとなる．まず，(110)モードの一様位相による共鳴スペクトルを切り出して，これを環状電流が期待されるYIG球に白金を設置した場合と設置していない場合とで比較した．この結果，環状電流が期待される場合においてのみ共鳴線幅の増大が見られた．さらに，(110)モードの共鳴点がわずかながら高磁場側にシフトする現象が見られた．以上の解析を総合した結果，実験結果において観測された共鳴点の僅かなシフトと線幅増大は環状スピンホール電流と渦電流の双方に起因することがわかり，それらの寄与を定量的に同定することができた．

The field of knowledge is the field of electronic mobility and transportation. In recent years, a method for simple detection of magnetic material samples on waveguide has been proposed and proved.[A.] J. Berger et al., Phys. Rev. B, 97, 094407 (2018)]. In this study, the main method is based on the analysis of AC current generation in spherical magnetic insulator/metal structure, AC current conversion and AC current generation phenomenon. In the past year, spherical YIG has been used in element development and high frequency measurement. A straight line waveguide is used. The center of the waveguide YIG ball is set. The external static magnetic field in the vertical direction of the waveguide is induced. S21: The complex voltage transmission coefficient is equivalent to the external static magnetic field and the AC magnetic susceptibility of the YIG ball sample. (110) The magnetic resonance of the magnetic field is reflected in the same phase in the global plane and in the spherical plane. In this case, the metal band is set up in the same phase, the polarization is maintained, the AC current is injected in the normal direction of each sphere, and the AC current is changed in the reverse phase, and the annular current is generated. The resonance of the ring current in a phase of the ring current is different from that in a phase of the ring current in a phase of the ring current. As a result, the ring current is expected to increase in the resonance amplitude. The resonance point of the (110) pole is not visible at the high magnetic field side. The results of the above analysis are summarized as follows: the amplitude of the resonance point increases, the ring current increases, and the eddy current increases.