膨張と収縮を繰り返す磁気ドメイン状態を発見 ―磁界周波数コンバータや磁気周波数逓倍器など新しい磁気デバイス応用を発想―

2026-03-10 東北大学

東北大学、豊橋技術科学大学、信越化学工業、コチ大学の研究グループは、迷路状の磁気ドメイン(磁区)を持つ磁性材料に強い磁場パルスを与えると、磁気ドメインが膨張と収縮を複数回繰り返す新しい磁化ダイナミクスを発見した。研究では大規模な3次元マイクロ磁気シミュレーションを用い、鉄ガーネット膜モデルの磁場応答を解析した結果、ドメイン構造の周期的な膨張・収縮が材料全体の磁化振動を引き起こすことを解明した。また、この振動の周波数が磁場パルスの強さや幅によって制御可能であることも確認された。これに基づき、磁界強度を周波数へ変換する「磁界周波数コンバータ」や、入力周波数の整数倍を出力する「磁気周波数逓倍器」といった新しい磁気デバイスの概念を提案し、シミュレーションで基本動作を実証した。本成果は磁気材料を用いた新しい情報処理・信号変換デバイスの実現につながる可能性がある。

膨張と収縮を繰り返す磁気ドメイン状態を発見 ―磁界周波数コンバータや磁気周波数逓倍器など新しい磁気デバイス応用を発想―
図1. 迷路磁区を持つ鉄ガーネット膜モデルに磁界パルスを印加した際の磁気ドメインの時間変化をシミュレーションした。

<関連情報>

強磁場パルスによって誘起される迷路ドメインを有する鉄ガーネット薄膜における非線形ギガヘルツ磁化振動 Nonlinear gigahertz magnetization oscillations in iron garnet films with maze domains induced by strong magnetic pulses

Takumi Koguchi, Hibiki Miyashita, Toshiaki Watanabe, Eri Negishi, Yuichi Nakamura, Mitsuteru Inoue, Kazushi Ishiyama, Mehmet C. Onbasli and Taichi Goto
Japanese Journal of Applied Physics  Published: 23 February 2026
DOI:10.35848/1347-4065/ae41fa

Abstract

Maze-type magnetic domains in iron garnet films exhibit extraordinary dynamic responses to Tesla-order magnetic field pulses with nanosecond durations. Through micromagnetic simulations, we found that these magnetic domains oscillate at gigahertz frequencies through repeated domain expansion and shrinking. The oscillation frequency and amplitude respond nonlinearly to the pulse amplitude and width, enabling this system to function as a magnetic field-to-frequency converter. We also demonstrate a technique for sustaining continuous oscillations. These results provide insights into key functionalities for next-generation high-frequency magnetic device applications.

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