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Fabrication of spin-wave modulation device based on functional iron oxides

基于功能性氧化铁的自旋波调制器件的制备

基本信息

批准号：
22H01952
负责人：
関宗俊
金额：
$ 10.57万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本年度は、ヘテロ接合型スピン波変調素子の実現に向けて、比較的単純な結晶構造を有し、多種の結晶基板上で薄膜のエピタキシャル成長が可能なスピネル型鉄酸化物に注目し研究を推進した。特に、軌道角運動量を持たない鉄イオンFe3+(L=0)のみから構成され、比較的低いGilbertダンピング定数が期待できる欠損スピネル型γ-Fe2O3（マグへマイト）に焦点を当てた。パルスレーザ堆積法によって作製された薄膜試料を大気中でアニールすることによって、結晶性が極めて高いγ-Fe2O3薄膜を得ることができた。また、このγ-Fe2O3薄膜の表面上に電子ビームリソグラフィによって導波路を形成した。この構造を用いることによって、室温においてスピン波の伝搬を観測することに成功した。今後は、このγ-Fe2O3/Nb:SrTiO3構造を用いたスピン波変調素子（マグノンFET）の作製を行う予定である。また、本年度はスピン波の光制御の実現を目指し、イットリウム鉄ガーネット(YIG)を母体材料に用いたスピングラス薄膜の作製実験も実施した。組成や結晶成長条件を最適化することによって、室温を超えるスピン凍結温度が得られ、光照射による磁化の変化（グラス相の光融解）を室温で観測することに成功した。また、磁気緩和過程を詳細に解析した結果、このガーネット型スピングラス薄膜では、レプリカ対称性の破れ(RSB)が起こって多谷ポテンシャルエネルギー構造が形成されていることが示唆された。さらにこの薄膜においてスピングラスに特有のメモリ効果とエージング効果を室温において観測することにも成功した。

This year, the research on the growth of thin films on various crystalline substrates has been promoted. In particular, the orbital angular motion is maintained in the form of Fe3+(L=0) and the low Gilbert number is expected to be lost in the form of γ-Fe2 O 3 (L = 0). The thin film samples were prepared by the method of crystal deposition, and the γ-Fe2O3 thin films were prepared by crystal deposition. On the surface of γ-Fe2O3 thin film, electron emission and waveguide are formed. The structure of this paper was successfully tested at room temperature. In the future, the structure of γ-Fe2O3/Nb: SrTiO3 will be used in the preparation of FET. This year, the implementation of the optical control system for the first time in the world has been pointed out, and the production of thin films for the use of the parent material YIG has been implemented. The optimum conditions for crystal growth were obtained by temperature measurement, magnetization measurement by light irradiation and temperature measurement. The magnetic relaxation process was analyzed in detail. The results showed that the formation of multi-valley structure was formed by the formation of multi-valley structure and multi-channel structure. This film is a unique product of the film, and it has been successfully tested at room temperature.