らせん磁性体におけるスカーミオンダイナミクスとトポロジカルな起源

近年、スカーミオンのダイナミクス、特に旋回運動に由来するスピンポンピング効果について先行研究が発表されており、同手法を磁気渦に当てはめることで両者のダイナミクスを比較検討することが可能なのではないかと考え、スピンポンピング効果を用いた磁気渦ダイナミクスの検証を行った。サンプルは、Ptのワイヤー上にPy円盤を多数作製し、Al2O3により絶縁した後、Auの導波路を作製した。この構造では、導波路のシグナル線にRF信号を入力することで、それに伴うRF磁場により磁化ダイナミクスが誘起されスピン流がPtに注入される。更に、Ptのスピンホール効果によりスピン流が電圧信号に変換されるため、磁化のダイナミクスを電気的に測定できる。外部磁場を細線と直交方向に印加した結果、RF信号の周波数、及び外部磁場に依存した電圧信号が得られた。数GHz帯で電圧が観測されたことから、磁気渦のスピン波モードに起因することが分かった。加えて、外部磁場の正負に対して異符号の電圧が観測されたことはスピンポンピング効果であることを支持する。また、周波数(励起されたモード)に依存し電圧の符号が変化することが確認された。これは、マイクロマグネティックス法を用いた数値計算によりよく再現され、電圧符号の変化は円盤内でのスピン波の分布が関連していることが分かった。今までのスピンポンピングを用いた実験では、磁性体膜における全体的な励起が検出されていたが、磁気渦のような磁性体要素に閉じ込められた磁化構造においてもスピンポンピングが有効であり、電圧信号と磁化ダイナミクスの関係を議論できることが確認された。一方で先行研究ではスカーミオンの旋回モードによる電圧を議論しているが、磁気渦で同モードに対応するトランスレーショナルモードは本実験では観測されなかったため、スカーミオンダイナミクスとの比較は出来なかった。

近年、スカーミオンのダイナミクス、特に旋回運動に由来するスピンポンピング効果について先行研究が発表されており、同手法を磁気渦に当てはめることで両者のダイナミクスを比較検討することが可能なのではないかと考え、スピンポンピング効果を用いた磁気渦ダイナミクスの検証を行った。サンプルは、Ptのワイヤー上にPy円盤を多数作製し、Al2O3により絶縁した後、Auの導波路を作製した。この構造では、導波路のシグナル線にRF信号を入力することで、それに伴うRF磁場により磁化ダイナミクスが誘起されスピン流がPtに注入される。更に、Ptのスピンホール効果によりスピン流が電圧信号に変換されるため、磁化のダイナミクスを電気的に測定できる。外部磁場を細線と直交方向に印加した結果、RF信号の周波数、及び外部磁場に依存した電圧信号が得られた。数GHz帯で電圧が観測されたことから、磁気渦のスピン波モードに起因することが分かった。加えて、外部磁場の正負に対して異符号の電圧が観測されたことはスピンポンピング効果であることを支持する。また、周波数(励起されたモード)に依存し電圧の符号が変化することが確認された。これは、マイクロマグネティックス法を用いた数値計算によりよく再現され、電圧符号の変化は円盤内でのスピン波の分布が関連していることが分かった。今までのスピンポンピングを用いた実験では、磁性体膜における全体的な励起が検出されていたが、磁気渦のような磁性体要素に閉じ込められた磁化構造においてもスピンポンピングが有効であり、電圧信号と磁化ダイナミクスの関係を議論できることが確認された。一方で先行研究ではスカーミオンの旋回モードによる電圧を議論しているが、磁気渦で同モードに対応するトランスレーショナルモードは本実験では観測されなかったため、スカーミオンダイナミクスとの比較は出来なかった。