音波によるスピン波伝搬の巨大な整流効果を発見~スピン波ダイオードの実現に大きく前進~

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2020-04-01 慶應義塾大学,科学技術振興機構

ポイント
  • 一方通行な磁気の波(スピン波)はすでに発見されているが、磁石を薄膜化するとその性質が失われる問題があった。
  • 磁石に半導体を組み合わせた複合材料を開発し、従来よりも10倍以上大きな一方通行性を薄膜磁石において実現した。
  • さまざまな磁石・半導体に応用できるためデバイスの材料設計自由度が高く、高速・省電力な論理回路開発に不可欠なスピン波ダイオードの開発に大きく貢献できる。

慶應義塾大学 大学院理工学研究科の立野 翔真(修士課程1年)と理工学部の能崎 幸雄 教授は、磁石と半導体を組み合わせた複合材料において、音波の注入方向と磁気の向きにより、磁気の波「スピン波」の振幅を大きく変調できることを発見しました。

従来の方法では、磁石をナノメートルスケールの厚さにすると順方向と逆方向に伝搬するスピン波の振幅が同等になり、スピン波の整流動作を実現することが困難でした。

本研究グループは、膜厚が20ナノメートルの薄膜ニッケル磁石と400ナノメートルの半導体シリコンを組み合わせたニッケル/シリコン複合材料(複合材料)を作製し、逆方向のスピン波振幅を順方向の12分の1以下に低減できることを明らかにしました。

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