世界上首次成功利用声波控制磁铁的方向 ~期待用于手机等的弹性波器件的高度化~
世界上首次成功利用声波控制磁铁的方向
~期待用于手机等的弹性波器件的高度化~
重点空气和物质的振动以波的形式传播的声波，在物质表面传播时被称为表面声波，具有振动方向旋转的性质。通过将声波振动方向的旋转转移到作为磁铁来源的电子的自转(自旋)，成功控制了磁铁的方向。表面声波(表面弹性波)作为高精度的滤波器被用于手机等，通过与作为记录元件被广泛使用的磁性的融合，器件的高度化值得期待。
声波是空气和物质的振动以波的形式传播的现象。 声波在物质表面传播时被称为“表面弹性波”，具有其振动方向一边旋转一边传播的性质。 在物理学上，这样的旋转与磁铁的来源电子的自转(自旋)一样，由被称为“角动量”的旋转量来表现。东京大学研究生院综合文化研究科研究生及东北大学特别研究生(现理化学研究所研究员)佐佐木辽和东北大学金属材料研究所的新居阳一( JST先驱研究员兼务)、小野濑佳文利用角动量从表面弹性波向电子自旋的移动，在世界上首次成功地控制了磁铁的朝向 使用表面弹性波的元件作为高精度带通滤波器内置于手机等中，通过与作为记录元件广泛使用的磁性的融合，元件的高度化值得期待。本研究的详细内容将于2021年5月10日(英国时间)在“Nature Communications”上刊登。
<新闻发布资料>
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20210510/pdf/20210510.pdf
东北大学金属材料研究所科学技术振兴机构
世界上首次成功利用声波控制磁铁的方向期待用于手机等的弹性波器件的高度化…
【发表的要点】●空气或物质的振动以波的形式传播的声波，在物质表面传播时为表面被称为声波，具有振动方向旋转的性质。●通过将声波在振动方向上的旋转转移到作为磁铁来源的电子的自转(自旋)上成功控制了磁铁的方向。●表面声波(表面弹性波)作为高精度的滤波器用于手机等此外，由于与作为记录元件广泛使用的磁性的融合，器件的高度化备受期待可以期待。【概要】声波是空气和物质的振动以波的形式传播的现象。 声波在物质表面传播情况被称为“表面弹性波”，是其振动方向一边旋转一边传递的性质我有书。 这样旋转在物理学上与作为磁铁的基础的电子的自转(自旋)同样，已知通过被称为“角动量”的旋转量来表示。东京大学研究生院综合文化研究科研究生及东北大学特别研究生(现在理化研究所研究员)佐佐木辽和东北大学金属材料研究所的新居阳一( JST先驱)研究员兼务)，小野濑佳文认为角动量从表面弹性波向电子自旋的移动通过利用，在世界上首次成功地利用声波控制了磁铁的方向。 表面使用弹性波的设备，作为高精度带通滤波器(※1 )的手机等通过与内置于中、作为记录元件广泛使用的磁性融合，实现了设备的高度化可以期待。 本研究的详细情况请参阅Nature Communications，日期为2021年5月10日刊登在(英国时间)上。
【详细说明】○研究背景在计算机的磁存储介质中，将由“1”和“0”构成的二进制信息存储在磁铁的方向、也就是说，以“NS”或“SN”的形式保持。 因此，要有效地控制磁铁的方向很重要，我们进行了很多研究。 特别是创新的是电子的自转(自旋)方向是通过注入统一的电流来控制磁铁方向的方法，实际上是磁阻存储元件被活用于(※2 ) (图1 )。 物理学中，电子的自旋是表示旋转量的“角动量”虽然理解为，但角动量可以采取物体的旋转等各种形式，因此会产生不同的角运动将量注入磁铁，能否控制磁铁的方向，这是一个很有意思的观点。 本研究小组普关注的是声波所具有的角动量。 声波是原子和离子在空气和物质中的振动以波的形式传播，但在物质表面传播的声波在振动中旋转，具有角动量等待。 在将这样表面声波传递到磁铁时，磁铁的方向通过角动量的移动来控制验证了是否可行(图2 )。
图1 :通过电子自旋控制磁铁的方向。 自旋整齐的电子的电流注入磁铁时磁铁的方向得到控制。
图2 :通过表面声波控制磁铁的方向。 晶体中的原子回振动产生的声波传递到磁铁后，根据声波的旋转方向磁化全部得到控制。
○成果的内容在进行上述研究时，是能够在压电体基板上产生表面声波(表面弹性波)的梳型制作了2个电极(※3 )，其间制作了磁铁镍( Ni )薄膜细线(图3 )。镍薄膜磁铁具有因形状效果而平行于细线的方向的特征，上方向也是或者朝下的状态很稳定。 为了验证表面声波的效果，首先在细线上施加垂直强磁场，强制磁铁朝向与细线垂直的方向后，镍表面声波一边传递到薄膜一边减弱磁场，磁铁是向上还是向下就会朝着表面声波的方向移动很明显是依赖决定的(图4 )。 这是因为表面声波的旋转方向是磁铁的表示正在决定方向。
图3 :用于研究的设备。 在压电体基板上设置2个梳型电极制作了镍( Ni )薄膜细线。
图4 :镍细线施加表面声波的效果。 垂直磁场减少过程中施加表面声波可以控制最终磁铁的方向。
○意义、课题、展望表面声波(表面弹性波)作为高精度的带通滤波器被用于手机等睡觉。 另外一方面，由电子自旋构成磁铁已经作为记录元件被广泛使用，成为自旋的进一步以使用为目标的“电子自旋学”(※4 )领域的研究也很活跃。 本研究成果作为声波器件和自旋电子学的结合，导致了器件的高度化可以期待。○发表论文杂志名称:国家通信英文标题:由角度测量传输器控制的曲面客观波至效应自旋力矩全部作者: R. Sasaki，Y. Nii，Y. OnoseDOI:10.1038/s41467-021-22728-6○专业用语解说(注释和补充说明等)※1带通滤波器:仅通过规定的频率区域的滤波器。※2磁阻存储元件:保持信息作为磁化方向，通过电阻的大小读取该信息可以露出来的元件。 具有即使切断电源也能保持信息的“非易失性”性质。※3梳子型电极:由2组梳型电极组合而成的结构，在压电体基板上施加高频后会产生表面声波(表面弹性波)。※4自旋电子学:利用电子电荷和自旋(电子作为磁铁的性质)两者的功能进行开拓的研究领域。○联合研究机构及资助本研究的成果是当时东京大学研究生院综合文化研究科的研究生和东北大学特别研究生(现为理化研究所研究员)佐佐木辽、东北大学金属材料研究所研究员小野濑佳文教由教授新居阳一助教的共同研究得到的。本研究由JSPS科研费(课题编号: 16h 04008、17h 05176、18k 13494、20k 03828 )、JT先驱(课题编号: JPMJPR19L6 )、日本学术振兴会特别研究员奖励费(课题编号:18J12130 )，得到三菱财团、野口遵研究资助。