トポロジカルナノワイヤーの作製及び表面輸送特性の電界制御と力学制御

今年度はトポロジカルナノ構造の一種であるスキルミオンの力学的制御手法の提案とシミュレーションを行った。スキルミオンはトポロジーに由来する効果で安定に存在することができるため、メモリーなどの情報担体として期待されている。スキルミオンの駆動方法として電流によってスキルミオンを押し出すというアプローチがよく研究されているが、駆動時に進行方向と垂直方向にも曲がってしまうスキルミオンホール効果が応用における一つの障壁となっている。そこで本研究では電流ではなく薄膜基板の歪みである表面弾性波を用いてスキルミオンを直進させるデバイスを提案した。前述した電流によるスキルミオンの「押し出し」によるアプローチではなく「閉じ込める」というアプローチである。これは分子の質量測定や量子計算などの装置に用いられるイオントラップと呼ばれる装置と類似の原理である。イオンの場合と異なり、スキルミオンの場合はトポロジーに由来する横方向の力が加わるが、閉じ込めにおいては横方向の力に対応する共鳴が重要であることがわかった。また、閉じ込め位置をずらすことでスキルミオンが追従することも確かめ、直線運動だけでなく、指定した経路を自由に移動できる手法であることもシミュレーションによって明らかにした。本研究で提案したデバイスは櫛形電極、圧電基板、磁性体薄膜の3つの要素からなる非常に単純なデバイス構造である点、閉じ込め位置を指定できるため精密駆動に長けている点が従来手法より優れる。本研究の成果は日本物理学会2022年秋季大会で発表され、Scientific Reports誌から出版された。

今年度はトポロジカルナノ構造の一種であるスキルミオンの力学的制御手法の提案とシミュレーションを行った。スキルミオンはトポロジーに由来する効果で安定に存在することができるため、メモリーなどの情報担体として期待されている。スキルミオンの駆動方法として電流によってスキルミオンを押し出すというアプローチがよく研究されているが、駆動時に進行方向と垂直方向にも曲がってしまうスキルミオンホール効果が応用における一つの障壁となっている。そこで本研究では電流ではなく薄膜基板の歪みである表面弾性波を用いてスキルミオンを直進させるデバイスを提案した。前述した電流によるスキルミオンの「押し出し」によるアプローチではなく「閉じ込める」というアプローチである。これは分子の質量測定や量子計算などの装置に用いられるイオントラップと呼ばれる装置と類似の原理である。イオンの場合と異なり、スキルミオンの場合はトポロジーに由来する横方向の力が加わるが、閉じ込めにおいては横方向の力に対応する共鳴が重要であることがわかった。また、閉じ込め位置をずらすことでスキルミオンが追従することも確かめ、直線運動だけでなく、指定した経路を自由に移動できる手法であることもシミュレーションによって明らかにした。本研究で提案したデバイスは櫛形電極、圧電基板、磁性体薄膜の3つの要素からなる非常に単純なデバイス構造である点、閉じ込め位置を指定できるため精密駆動に長けている点が従来手法より優れる。本研究の成果は日本物理学会2022年秋季大会で発表され、Scientific Reports誌から出版された。