京都大学研究チームが磁気振動の新たな制御手法を確立

磁気の新たな自由度を開発！

京都大学化学研究所の塩田陽一准教授と小野輝男同教授を中心とする研究グループは、産業技術総合研究所の谷口知大研究チーム長、名古屋大学の森山貴広教授と共同で、人工反強磁性体において磁気振動（マグノン）の回転方向を制御する新しい手法を確立しました。この研究成果は、スピントロニクス分野に新たな章を加えるものとして注目されています。

反強磁性体とマグノンの特性

私たちの周りには、様々な形態の磁性材料が存在しますが、反強磁性体はその中でも興味深い特性を持っています。この材料の中では、マグノンという磁気振動が発生し、右回りと左回りの二つの異なる回転モードを有しています。この二つのモードは、磁気的な情報伝送やデータ処理の技術に新たな自由度を付加すると期待されています。

それまでの研究では、反強磁性体のマグノンは外部の磁場による制御が困難であり、特に異なる回転極性のマグノンを一つのデバイスで生成し、伝送・検出することは極めて難しいとされていました。しかし、今回の研究により、この難題が解決される可能性が開けてきました。

実験と成果

研究チームは、上下に白金（Pt）を配置した垂直磁化の人工反強磁性体を使用しました。このデバイスでは、励起マイクロ波の周波数を調整することで、マグノンの回転方向を選択的に制御することが可能となりました。さらに、伝搬するマグノンの回転方向をスピン流と電流変換現象を利用して電気的に検出することに成功したのです。

この技術の実現により、従来の研究では達成できなかった、マグノンの異なる回転極性の生成と検出が可能になりました。この成果は、スピントロニクスデバイスに新たな自由度をもたらし、より高性能な次世代デバイスの開発に寄与すると考えられています。

未来の展望

この研究成果は、2024年11月20日付けで国際学術誌「Nature Communications」にオンラインで掲載される予定です。スピントロニクスにおけるマグノンの利用は、今後の情報技術やデータ処理において重要な役割を果たすことが期待されています。

これにより、新たなスマートフォンやコンピュータ技術の実現が一歩近づくでしょう。科学界からは、今回の発見が新たな技術革新を引き起こすきっかけとなるであろうという声が多く上がっています。