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» 2024年02月09日 10時30分 公開

東京大ら、磁気振動の情報を取り出す測定法を開発長時間隠れて存在できる機構も発見

東京大学と東北大学の研究グループは、磁石の中に隠れていた磁気振動の情報(コヒーレンス)を発見し、その情報を取り出すことに成功した。新たな磁気情報デバイスの開発につながるとみている。

[馬本隆綱EE Times Japan]

パラメトリック励起により、約5000ナノ秒まで何度も振動

 東京大学と東北大学の研究グループは2024年2月、磁石の中に隠されていた磁気振動の情報(コヒーレンス)を発見し、その情報を取り出すことに成功した。新たな磁気情報デバイスの開発につながるとみている。

 磁気の振動からさまざまな情報が得られるという。磁気振動には「0」や「1」の情報を対応させることができるため、常温で動作する演算素子などを作製することができる。ただ、コヒーレンスは、外部からの振動磁場がなくなれば短い時間で失われるなど、課題もあった。

通常の磁化歳差運動 通常の磁化歳差運動[クリックで拡大] 出所:東京大学他

 研究グループは今回、外部からの振動磁場がなくなった後に、コヒーレンスを取り出す方法を開発した。「ポンプ−プローブ測定」と呼ばれるこの方法では、「パラメトリック励起」という、ブランコの立ちこぎと同じ原理を用いる。ここで重要になるのが、励起を始めた瞬間にブランコが「前に進むか(0位相)」「後ろに進むか(π位相)」だという。仮に、0位相となる確率が高い場合、「ブランコが0位相のコヒーレンスを持っていた」ことになる。

左はポンプ−プローブ測定の模式図、右は上からポンプが線形励起した場合の結果、パラメトリック励起のポンプパルスを印加した結果、0位相状態およびπ位相状態の模式図 左はポンプ−プローブ測定の模式図、右は上からポンプが線形励起した場合の結果、パラメトリック励起のポンプパルスを印加した結果、0位相状態およびπ位相状態の模式図[クリックで拡大] 出所:東京大学他

 実験では、ポンプ−プローブ測定を繰り返し行い、コヒーレンスがどれだけ長く存在できるかを調べた。共鳴周波数と同じ周波数の力を加えると、約100ナノ秒後にはコヒーレンスが失われ、0位相を読み出す確率が50%になった。

 これに対し、パラメトリック励起を行った場合、約5000ナノ秒という長い時間まで、何度も振動することを確認した。磁化の歳差運動は約100ナノ秒で失われるが、コヒーレンスは「隠れて」約5000ナノ秒も存在していたことを示すものだという。

 研究グループは、理論モデルを構築し実験結果を検証した。理論モデルではコヒーレンスの情報を、半分の周波数の運動に埋め込み、その情報を再び元の周波数として取り出す機構を考案した。理論計算の結果、長い時間磁気振動の情報を保持できる機構が存在し、その隠されていた情報は取り出せることが分かった。

理論モデルの概念図と実験結果 理論モデルの概念図と実験結果[クリックで拡大] 出所:東京大学他

 今回の研究成果は、東京大学大学院工学系研究科の巻内崇彦特任助教、日置友智助教、清水祐樹大学院生、星幸治郎特任研究員、齊藤英治教授(東北大学材料科学高等研究所(WPI-AIMR)主任研究者、東京大学Beyond AI研究推進機構の教授を兼務)らと、WPI-AIMRのMehrdad Elyasi助教、Gerrit Ernst-Wilhelm Bauer主任研究者らによるものである。

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