京都大学化学研究所の塩田陽一 准教授、小野輝男 同教授らの研究グループは、産業技術総合研究所（以下、産総研という）新原理コンピューティング研究センターの谷口知大 研究チーム長、黑料网大学院工学研究科の森山貴広 教授と共同で、二つの磁石の磁極が逆方向に結合した人工反强磁性体注1）において、波として伝わる磁気振动（マグノン注2））の回転方向を励起マイクロ波の周波数で制御し、その回転方向を电気的に読み取ることに成功しました。
反强磁性体のマグノンは、右回りと左回りの二つの异なる回転モードが存在するため、マグノンに回転极性注3）という新たな自由度を付加することが可能です。しかし、通常の反強磁性体の磁極は外場による制御が困難なことから、異なる回転极性を有するマグノンの生成?伝送?検出を一つのデバイスで実証した例はこれまでありませんでした。
本研究では、上下を白金（Pt）で挟んだ垂直磁化の人工反强磁性体を用いることで、励起マイクロ波の周波数によって選択的にマグノンの回転方向を制御し、伝搬したマグノンの回転方向をスピン流－電流変換現象を介して電気的に検出することに成功しました。この成果は、マグノンを利用したスピンデバイスに回転极性という新たな自由度を提供することになり、スピントロニクス注4）研究分野の発展に大きく贡献することが期待されます。
本研究成果は、2024年11月20日に国际学术誌「Nature Communications 」にオンライン掲载されます。
● 人工反强磁性体において、磁気の波であるマグノンの回転方向をマイクロ波の励起周波数によって選択的に励起し、伝播させることに成功
● スピントロニクス技术であるスピン流－电流変换现象を利用して、伝播マグノンの回転方向の直接観测に成功
● 本研究によって、マグノンの回転极性という新たな自由度を生かしたスピンデバイスへの応用に期待
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注1 人工反强磁性体：非磁性层を介して二つの磁性层の磁极が逆方向に结合した人工的な构造を持つ反强磁性体。非磁性层の膜厚に依存して、平行または反平行に结合させることができ、本研究では反平行に结合させるようにルテニウムの膜厚を设定した。
注2 マグノン：スピン（微小な磁石）の歳差运动が空间的にずれて波のように伝わっていく现象（スピン波）を量子力学的に取り扱ったもの。
注3 回転极性：回転运动に対する极性のこと。共线型の反强磁性体では、异なる二つの磁极の回転方向がともに右回りまたは左回りに回転する共鸣モードが存在する。
注4 スピントロニクス：電子が持つ電気的な性質（電荷）と磁気的な性質（スピン）を組み合わせて、既存のエレクトロニクスにない高性能?高機能なデバイスの実現を目指す研究分野。代表例として、ハードディスクの読み取りヘッド、不揮発性磁気メモリ MRAM、磁気センサーなどに用いられるトンネル磁気抵抗素子が挙げられる。
タイトル：Handedness manipulation of propagating antiferromagnetic magnons（伝播する反強磁性マグノンの回転极性制御）
著 者：Yoichi Shiota, Tomohiro Taniguchi, Daiju Hayashi, Hideki Narita, Shutaro Karube, Ryusuke Hisatomi, Takahiro Moriyama and Teruo Ono
掲 載 誌：Nature Communications 顿翱滨：
