量子スピン物性工学 研究内容
反強磁性体スピントロニクス
反強磁性体は、様々な固定概念から、これまでスピントロニクスにおいて応用・基礎研究がほとんど行われてこなかった材料・物理系です。しかしながら、ごく最近の研究成果から、強磁性体と同様に、伝導スピンと反強磁性体の局在磁化との相互作用が存在することが実験的に明らかになりつつあります。これらの成果を糸口として、反強磁性体を用いた超高密度磁気メモリなども考案されており「反強磁性体スピントロニクス」の研究が活発化しています[1]。私たちは、金属反強磁性体FeMnや酸化物反強磁性体NiO、人工反強磁性体等における電子スピンとの相互作用の定量評価[2-4]や、電子スピンの流れを利用した反強磁性磁化方向の制御および反強磁性体を用いたメモリ素子の実証[5,6]、さらに反強磁性磁気ドメインのXMLD-PEEMによる観測[6]などについての成果を挙げてきました。これらの成果は、これまで制御が困難かつ、役に立たないと考えられてきた反強磁性体が新規スピントロニクス素子材料として有用であることを示しています。
[1] V. Baltz, T. Moriyama et al., Rev. Mod. Phys. 90, 015005 (2018); T. Jungwirth et al., Nat. Nanotechnol. 11, 231 (2016).[2] T. Moriyama et al., Phys. Rev. Lett. 119, 267204 (2017).[3] T. Moriyama et al., Phys. Rev. Appl. 11, 011001 (2019).[4] H. Masuda et al., Commun. Mater. 1, 75 (2020). [5] T. Moriyama et al., Sci. Rep. 8, 14167 (2018). [6] T. Moriyama et al., Phys. Rev. Lett. 121, 167202 (2018).
テラヘルツスピントロニクス
「反強磁性体スピントロニクス」研究の進展を踏まえて、反強磁性体が次世代スピントロニクスにおける新材料として認識されつつあります。反強磁性体の最も魅力的な特性の一つに、THz帯域に達する高い共鳴周波数があります[1]。これは、反強磁性共鳴周波数が分子磁場に比例するためで、通常の強磁性体における強磁性共鳴（GHz帯域）に比べて圧倒的に高くなります。古くから遠赤外光源を利用した反強磁性共鳴測定が行われていますが、測定精度の問題で共鳴線幅等の共鳴特性の詳細な評価が困難でした。最近のTHz技術等を含む様々な測定・計測技術の急速な発展により、THz帯において時間領域や周波数領域で高精密・高分解能な評価ができるようになってきています。これまで実験的に未開拓であった反強磁性磁化ダイナミクスの緩和機構や伝導電子スピンとの相互作用などが調査されつつあります。これらの研究は、次世代の高速通信などへの応用を見据え、最近盛んに行われています。私たちは、THz分光測定[2]を用いて、反強磁性共鳴の制御手法[3]や反強磁性体におけるスピンポンピング効果[4]についての研究成果を挙げています。これらの成果を手掛かりに「反強磁性体テラヘルツスピントロニクス」の創成を展開します。
[1] T. Moriyama et al., J. Phys. Condens. Matter 33, 413001 (2021). [2] T. Moriyama et al., Phys. Rev. Mater. 3, 051402 (2019). [3] K. Hayashi, T. Moriyama et al., Appl. Phyis. Lett. 119, 032408 (2021). [4] T. Moriyama et al., Phys. Rev. B 101, 060402 (2020).
マグノニクス（長距離スピン輸送）
磁性体におけるスピンの集団運動であるスピン波（マグノン）をスピン流キャリアとして、その伝播を自在に制御する試みが「マグノニクス」として近年注目を集めています[1]。一般に、スピン流は固体内の様々な相互作用によって拡散し、距離に対して急激に減衰します。このため、一般にスピン拡散が小さい材料が望まれています。私たちは最近、絶縁性反強磁性体NiOにおいてスピン波を媒体とした長距離スピン流伝送を見出しました[2-4]。これらの成果を手掛かりに、通常のスピン拡散とは全く異なるメカニズムで２次元性を有する磁性体において生じるスピン超流動[5]などの研究を展開しています。
[1] T. Moriyama et al., J. Phys. Condens. Matter 33, 413001 (2021). [2] T. Moriyama et al., Appl. Phys. Lett. 106, 162406 (2015). [3] S. Takei, T. Moriyamm et al.,Phys. Rev. B 92, 020409R (2015). [4] T. Ikebuchi,T. Moriyama et al., Appl. Phys. Exp. 11, 073003 (2018) and Appl. Phys. Exp. 14, 123001 (2021). [5] S. Takei et al., Phys. Rev. Lett. 112, 227201 (2014).
スピンオービトロニクス
