ハーフメタル材料の磁化歳差運動を電界で変調~スピン波を情報担体とする新型デバイスの実現に道~

2025-09-19 大阪大学,慶應義塾大学,名古屋大学,京都工芸繊維大学,科学技術振興機構

慶應義塾大学・大阪大学・名古屋大学・京都工芸繊維大学などの共同研究チームは、ハーフメタル材料Co₂FeSiと圧電体LiNbO₃を組み合わせたエピタキシャル界面マルチフェロイク構造を実現し、スピン波の伝搬を担う磁化歳差運動を電界で変調することに成功した。従来は交流磁場による制御が必要だったが、今回の成果によりジュール熱を伴わない超低消費電力情報処理素子「マグノニクスデバイス」の全電界制御が可能になる道が拓かれた。スピン波は長距離伝搬が可能で、半導体素子の発熱問題を解決する新しい情報担体として期待される。研究成果は Advanced Science に掲載。

ハーフメタル材料の磁化歳差運動を電界で変調~スピン波を情報担体とする新型デバイスの実現に道~図1 本研究で実証したハーフメタル材料/圧電体界面マルチフェロイク構造(左)と磁化ダイナミクスの電界変調の概念図(右)。電界の制御(ON/OFF)で圧電体の結晶の歪みが磁性体中に伝搬することで、磁性体中の磁化ダイナミクス(磁化の歳差運動)が変調される。

<関連情報>

エピタキシャルCo2FeSi/LiNbO3マルチフェロイックヘテロ構造における低減衰定数の電場制御Electric-Field Control of Low Damping Constant in Epitaxial Co2FeSi/LiNbO3 Multiferroic Heterostructures

Shinya Yamada, Takamasa Usami, Sachio Komori, Yoshio Miura, Kazuto Yamanoi, Yukio Nozaki, Tomoyasu Taniyama, Kohei Hamaya
Advanced Science  Published: 17 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/advs.202511250

Abstract

To develop electric-field control of magnetization dynamics in a magnetic material for magnonic devices with low-energy power consumption operation, an epitaxial half-metallic Co2FeSi/LiNbO3 multiferroic heterostructure is experimentally demonstrated. The epitaxial Co2FeSi/LiNbO3 multiferroic heterostructure shows a low damping constant (α) of ∼0.006 and the value of α is decreased to ∼0.004 by applying an electric field. This means that the magnetization dynamics in an epitaxial half-metallic Co2FeSi layer can be controlled via the piezoelectric strain of LiNbO3 through the magnetoelastic coupling. This study leads to a way toward the realization of magnonic devices with low-energy power consumption operation.

0403電子応用
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