【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24AT0003
利用課題名 / Title
磁性体デバイスの作成
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所 / AIST
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,高周波デバイス/ High frequency device,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
渡邉 紳一
所属名 / Affiliation
慶應義塾大学理工学部物理学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
前澤和来,藤井瞬,髙橋悠太,山本拓海
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
AT-110：レーザー描画装置〔DWL66+〕
AT-023：電子ビーム真空蒸着装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
目的：磁性体デバイス上にマイクロ波表面弾性波（SAW）デバイスを作製し、マグノンとフォノンの結合の様子を光学的手法で計測・評価することを目的とする。用途：レーザー描画装置を使用してLiNbO3圧電基板上にくし型電極を作製する。くし型電極のピッチは試行錯誤を重ねながら変化させ、所望の共鳴周波数が得られるように調整する。実施内容：本年度は集束構造をもつSAWデバイスを設計し、磁性体薄膜に大きな歪みを誘起させるための試料を作製した。デバイスの評価については、現時点では着手しておらず、今後の課題として継続して取り組む予定である。
実験 / Experimental
まずは、本年度に出版された、NPF試料作製の成果による論文[1]を紹介する。論文[1]では、NPFにおいて作製したSAWデバイスを用いて、高周波信号印加に伴うSAW伝搬によってニッケル薄膜上でスピン歳差運動を誘起し、SAW振動変化の様子をストロボ光学干渉法で可視化することに成功した。スピン歳差運動の誘起に伴ってSAWの振幅および位相が空間的に変化し、伝搬とともに顕著な減衰や位相遅延が生じることを確認した。また、この減衰や遅延の様子は従来の高周波伝送計測結果とも定量的に一致し、ミリメートルスケールで伝搬するSAW誘起のスピン歳差運動誘起現象の全貌を明らかにした。これらの成果を踏まえ、SAWによるさらなる大きなスピン励起を実現するため、集束構造を備えたSAWデバイスを新たに設計・作製した。
結果と考察 / Results and Discussion
集束構造を備えたSAWデバイスの顕微鏡写真を図１に示す。試料はまずレーザー描画装置でパターンを作製し、金を蒸着した後にリフトオフを行った。なお、使用したレーザー描画条件はRDEデータベース「keio_20240729」に登録してある。LiNbO3は結晶方位によって音速が異なるため、各方位の音速を考慮してくし型電極のピッチを設計し、フェムト秒レーザーの繰り返し周波数である61.5 MHzの高周波信号を印加した際に中央部でSAWが集束するようにした。このようにして、集束型SAWデバイスの作製に成功した。 今後は、ベクトルネットワークアナライザを用いた高周波伝送評価を行うとともに、光干渉計測によって集束した表面振動振幅を見積もる予定である。さらに、集束部に磁性体薄膜を蒸着し、より強いマグノン-フォノン結合の実現をめざした研究を進めていきたいと考えている。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
本年度作製した集束構造をもつSAWデバイス
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
参考文献：[1] K. Maezawa, S. Fujii, K. Yamanoi, Y. Nozaki, and S. Watanabe, Physical Review Applied vol. 21, 044047 (2024).
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Kazuki Maezawa, Spatiotemporal visualization of a surface acoustic wave coupled to magnons across a submillimeter-long sample by pulsed laser interferometry, Physical Review Applied, 21, (2024).
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.21.044047
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Yukio Nozaki, Gyro-spintronic material science using vorticity gradient in solids, Science and Technology of Advanced Materials, 26, (2025).
DOI: https://doi.org/10.1080/14686996.2024.2428153
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- K. Maezawa, S. Fujii, K. Yamanoi, Y. Nozaki, S. Watanabe, “Direct imaging of spatial decay profiles of surface acoustic waves due to magnon-phonon coupling in ferromagnets,” International Conference on Magnetism, Bologna, Italy, June 30-July 5, 2024 (T 3.11, July 4).
- 渡邉 紳一 「レーザー干渉計を用いたフォノン伝搬の可視化とマグノン-フォノン相互作用の研究」 レーザー学会年次大会（広島国際会議場） E03-22a-VII-01(2025年1月21日～23日：発表日22日).
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件