고주파에서도 안정 : 새로운 스핀 토크 스피드 바카라오드 효과의 발견

도쿄 대학의 물리적 특성 연구소의 Sakamoto Shoya 조교수와 Miwa Shinji 부교수는 대학의 과학 대학원, 고급 과학 및 기술 센터, 고급 산업 기술 센터 및 고등학교 광고 과학 센터의 센터와 협력 할 것입니다키랄 antiferromagnet(주 1) "ferromagnetic더 높은 스피드 바카라수에서 안정적인 작동 (참고 2)스핀 토크 스피드 바카라오드 효과(주 3)이 발견되었습니다

Chiral Antiferromagnet이라는 특수 자기 구조가 있습니다망간 화합물 (MN₃sn)(주 4)가 10 나노 미터 미만의 한계까지 얇아졌고 마이크로파 전류 (고주파 전류)가 적용될 때 DC 전압이 나타났음을 발견했습니다 (그림 1) DC 전압을 교대하는 교대 효과는 스피드 바카라오드 효과로 널리 알려져 있으며 반도체는 일반 사회에서 정류기 스피드 바카라오드로 사용됩니다 스핀 토크 스피드 바카라오드 효과에서, 전자의 회전에 해당하는 스핀의 스윙 운동은 정류 효과를 생성하여 반도체의 정류 스피드 바카라오드와 동일한 효과를 초래한다 이전에, 강자성 재료를 사용하는 스핀 토크 스피드 바카라오드에서 반도체 스피드 바카라오드에서 반도체 스피드 바카라오드에서 마이크로파 전류의 감지 감도는 마이크로파 전류의 감도를 초과한다는보고가 있었지만, 신호 (전압)의 강도가 갑자기 이에 반비례하는 문제가 있었다 이 연구에서교환 상호 작용9224_9375

이 결과는 British Journal of Science에 발표되었습니다Nature Nanotechnology"

〈연구 배경>

현재까지, 전자 제품, 주로 반도체는 전자의 전기적 특성을 능숙하게 활용하여 개발되었습니다 최근 몇 년 동안, 전자 회전에 해당하는 "스핀"이라는 자석의 특성을 활용하는 스핀 트론에 대한 연구가 수행되었으며, 저전력 소비 및 고속 운영과 같은 차세대 정보 기술의 기초가 될 것으로 예상됩니다 이전에, Spintronics는 자화 크기에 비례하여 전기, 빛 등에 큰 반응을 보이는 페로 마그넷을 사용했습니다 페로 마그넷은 마이크로파 밴드에서 고유 공명 스피드 바카라수를 가지며 마이크로파와 효율적으로 상호 작용할 수 있습니다 예를 들어, 두 개의 강자성 재료가 절연체자기 터널 정션(참고 6) 장치에 전자 레인지 전류가 적용될 때 DC 전압이 생성되는 "스핀 토크 스피드 바카라오드 효과" 그러나, 강자성 물질을 사용할 때, 주파수가 증가함에 따라 스피드 바카라오드 신호의 강도는 크게 반비례한다

〈Research Contents>

연구원들은 고주파에서 스피드 바카라오드 신호의 감쇠를 해결하기 위해 항비원에 초점을 맞췄습니다 항 페로 마그넷에서, 교환 상호 작용이라는 고 에너지가 나타나기 때문에, 이들은 페로 마그네트보다 공명 주파수가 상당히 높으며 고주파수 대역에서도 안정적인 스피드 바카라오드 작동이 예상되었다 다른 한편으로, 정상적인 항 피페로 마그넷에는 자화가 없기 때문에 페로 마그 네트와 같은 큰 반응을 얻지 못합니다

따라서이 연구에서는 키랄 항 피성기 망간 (MN)과 주석 (SN) 합금 MN₃sn이 사용되었습니다 특수한 구조에도 불구하고,이 물질은 최근 몇 년 동안 많은 분야에서 주목을 끌었습니다 왜냐하면 그것은 반 강자성 물질에도 불구하고 강자성과 같은 반응을 나타 내기 때문입니다 연구팀을 먼저₃SN 합금 박막은 텅스텐 (W) 박막에 제조되었고, 그 두께는 궁극적 인 7 나노 미터로 감소되었다 전류 가이 이중층 필름을 통과하면 전류는 스핀 흐름 인 W 층의 스핀 전류로 변환됩니다₃SN, MN에 주입₃SN의 스핀의 움직임이 유도됩니다 이 제조 된 박막을 장치로 처리하고, 자기장을 적용하는 동안, 5 기가 에츠의 전자 레인지 전류 및 DC 전류가 동시에 적용되는 실험이 수행되었다 그런 다음 마이크로파 전류의 적용에 대한 응답으로 전력에 비례하는 특징적인 피크 구조를 갖는 DC 전압이 나타나는 것으로 나타났습니다 (그림 1 오른쪽) 이 결과는 스핀 토크 스피드 바카라오드 효과가 또한 항 심장 자료를 사용하는 장치에서 나타 났음을 보여준다 우리는 또한 적용된 전자 레인지의 주파수를 30 기가 르츠로 바꾸는 실험을 수행했으며,이 피크의 크기는 최대 30 기가 르츠 범위에서 거의 변하지 않았다는 것을 발견했습니다 (그림 2) 이 동작은 일반적으로 주파수에 반비례하는 페로 마그네에서 스피드 바카라오드 신호의 역 감소와 본질적으로 다릅니다

이 행동을 이해하기 위해 연구원들은 또한 반게 마그네트에 고유 한 교환 상호 작용을 고려하여 상세한 수치 시뮬레이션을 수행했습니다 시뮬레이션은 실험 결과를 아름답게 재현하며, DC 전류에 의해 구동되는 스핀의 움직임이 자기장에 의해 억제 될 때, 그것은 마이크로파와 효율적으로 상호 작용하고 정류 효과를 생성한다는 것이 밝혀졌다 이것은 실험에서 관찰 된 스피드 바카라수와 관련하여 안정적인 작동이 확실히 항 피로 마그네트에서 나타나는 강한 교환 상호 작용 때문이라는 것을 밝혀냈다

<미래의 전망>

이 결과는 고주파 전류를 DC 전압으로 변환하는 "스핀 토크 스피드 바카라오드 효과"를 보여주는 최초의 항 페로 마그네트입니다 반 강자성 자료를 사용하면 이제 전례없는 더 넓은 주파수 범위에서 작동 할 수 있습니다 이 연구의 원소 기술은 현재 JST Future Society Creation Project에서 개발중인 Spintronic Photoelectric Fusion 장치에서 서면 및 자기 이동 레지스터의 고속 작동에 기여합니다 이를 통해 스핀 토크 스피드 바카라오드는 Terahertz 파도에서 고주파수 범위에서 적용될 수 있으며 차세대 스피 트로 닉스 및 차세대 통신 기술의 개발에 기여할 것으로 예상됩니다

이 연구는 과학 연구를위한 과학 보조금 홍보 (문제 번호 JP19H05825, JP21H04437, jp22H00290, 22H04964, 23H01833, 24H02234), 일본 과학 (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST) (JST)의 지원으로 수행되었습니다 JPMJMI20A1), 전략적 창조 연구 프로모션 프로젝트 크레스트 (문제 번호 JPMJCR18T3), 전략적 창조 연구 촉진 프로젝트 (문제 번호 JPMJPR20L7), 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술의 차세대 X-NICS Semiconductor Semicrestor Creation Center Project (문제 No JPJ011438) 및 Spinational Academation and the Spintrontic Research Foundation 및 The Spintontrontic Research Foundation 및 The Ministr 중심

(참고 1) 항 피성기/키랄 항 피성기

안티 페로 마그넷은 스핀이 각각의 인접한 원자에 대해 반대 방향으로 정렬되는 재료입니다 이것은 전체 스핀을 취소하고 작은 자기장을 생성합니다 전형적인 항 페로 마그넷에는 망간 산화물 (MNO) 및 니켈 산화물 (NIO)이 포함됩니다 키랄 항 피간기에서, 인접한 원자의 스핀은 반대 방향과는 다른 방향을 향하지만, 스핀은 서로 전체적으로 취소되어 작은 자기장이 생성됩니다[참조로 돌아 가기]

(주 2) 강자성 물질

Ferromagnets는 전자의 회전에 해당하는 스핀이 각 원자에 대해 동일한 방향으로 정렬되어 전체적으로 강한 자기장을 생성하는 물질입니다 그것은 자석에 달라 붙는 자석이나 물질을 말하며 우리 주변에서 볼 수 있습니다 전형적인 페로 마그넷에는 철 (Fe), 코발트 (CO) 및 니켈 (NI)이 포함됩니다[참조로 돌아 가기]

(주 3) 스핀 토크 스피드 바카라오드 효과

스핀 토크 스피드 바카라오드 효과는 강자성/절연체/강자성 재료로 구성된 자기 터널 접합부에서 발견되었습니다 이 효과를 사용하면 마이크로파 전류가 적용되면 AC 전압이 정류되고 DC 전압이 생성됩니다 이것은 반도체 스피드 바카라오드와 동일한 효과를 갖는 자석 스핀을 사용하여 달성됩니다 주파수 변동성 및 감도에서 반도체 스피드 바카라오드를 상당히 능가 할 가능성이 있습니다[참조로 돌아 가기]

(주 4) 망간 화합물 (MN₃sn)

이 연구에 사용 된 Mn₃SN은 망간 원자가 카고메 격자에 배열되어 있으며 각 MN 원자의 자기 모멘트는 120도만큼 회전합니다 또한, MN₃SN은 전체 자기 모멘트가 꺼내고 자석의 특성이 없다는 사실에도 불구하고 Ferromagnet과 동일한 큰 외부 필드 응답을 갖는 것으로 알려져 있습니다[참조로 돌아 가기]

(주 5) 교환 상호 작용

Exchange 상호 작용은 인접한 원자의 스핀을 병렬 또는 반 선정으로 정렬하려는 에너지를 말합니다 교환 상호 작용이 강할수록 자기 순서가 강해집니다 Ferromagnets에서는 모든 회전이 같은 방향으로 얼굴을 돌리고 방향을 한 번에 변경하기 때문에 교환 상호 작용의 영향이 나타나지 않습니다 다른 한편으로, 항 페로 마그넷에서는 각각의 스핀이 다른 방향에 직면하고 서로의 각도가 바뀌면 교환 상호 작용의 효과가 두드러집니다 이 에너지 스케일은 자기장 에너지 스케일보다 훨씬 큽니다 항 페로 마그넷은 페로 마그네트보다 공명 주파수가 높습니다 이 특성은 고주파에서 작동 할 수있는 스핀 토크 스피드 바카라오드를 제공합니다[참조로 돌아 가기]

(참고 6) 자기 터널 정션

자기 터널 접합부는 얇은 절연 층이 2 개의 자기 층 사이에 샌드위치되는 구조입니다 이 구조에서, 자기 층에서의 스핀의 방향이 동일하거나 반대되는지 여부는 전자가 절연 층을 통과 할 가능성이 더 높고 전기 저항이 극적으로 변화하는지 여부 이 특성은 자기 필드를 감지하는 정보와 센서를 기록하는 자기 메모리에 사용됩니다[참조로 돌아 가기]