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

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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。