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Research Results 研究成果

マイクロ波を用いた熱スピン注入技術の開発 -ワイヤレス?スピンデバイスの実現に期待-

2017.12.01
研究成果Physics & Chemistry

 九州大学大学院理学研究院/量子ナノスピン物性研究センターの山野井一人博士、木村崇教授らの研究グループは、マイクロ波を用いて、ワイヤレスで选択的にスピン流を生成する技术の开発に成功しました。
 エレクトロニクスデバイスの更なる高性能化?高机能化の観点から、スピン角运动量の流れであるスピン流を用いたデバイスが注目されています。电子は、自転に似た性质によるスピンと呼ばれる物理量を持っていて、电子が流れると、电気の流れに対応する电流と同时に、スピン角运动量の流れに対応するスピン流が流れることになります。このスピン流をうまく制御することが、スピンデバイスを动作させるうえで最も重要な课题となります。同グループはこれまでに、颁辞贵别系の合金を用いると、热により巨大なスピン流を生成できることを报告していました。そこで今回、同物质にマイクロ波を照射することでスピンの集団运动を共鸣的に励起して、强磁性金属を効果的、且つ选択的に発热させることで、高効率なスピン流生成を実现しました。
 强磁性金属の共鸣周波数は、材料や形状、外部磁场で调整可能なため、特定の周波数のマイクロ波を用いれば、选択的な加热が可能になります。また、マイクロ波は空间を伝搬するため、配线の必要性がなく、更に、空间には使われていない膨大なマイクロ波が存在していることから、本素子を空间に置くことで未利用なマイクロ波を回収して动作するエナジー?ハーベスティングなスピンデバイスなどのへ応用が期待されます。
本研究は、文部科学省?新学術領域創成型研究「ナノスピン変換科学」、科学研究費補助金?基盤研究(S)(課題番号:25220605)、キャノン財団の支援を受けました。本研究成果は、米国物理学術雑誌「Physical Review Applied」誌のオンライン版に2017年 11月 15日(水)に掲載されました。

図1.强磁性共鸣発热効果による热スピン注入と选択的ワイヤレス?スピン注入技术の概念図

図2.6GHz のマイクロ波照射により、白金 (Pt) 両端に発生するスピンホール電圧の磁場依存性。発生電圧は、熱スピン注入により白金中に生成されるスピン流の強度に対応している。試料Aでは、発生した熱が効果的に白金側に流れるが、試料Bでは熱が基板側に逃げるため、白金側に流入する熱は小さくなる。その結果、観測されるスピン流は小さくなる。

研究者からひとこと

本実験は、構造が極めて単純なため作製も容易です。この技術を用いれば、体内や人が直接アクセスできない场所等にマイクロ波を使って無線での電力の供給が可能になるため、様々な応用が期待できます。

论文情报

,Physical Review Applied,
10.1103/PhysRevApplied.8.054031

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