「絶縁体に電気信号を流すことに成功」−省エネデバイスに新展開−

齊藤英治東北大学教授が、さきがけで提案し推進したチャレンジングなプロポーザルが実証され、Natureに掲載されました。

この研究のポイントは、絶縁体である磁性ガーネットＹＩＧ結晶に２個の白金電極を1mm離して付けただけのシンプルな構造にもかかわらず、白金電極Pt(i)に矢印のように電流を流すだけで、ＹＩＧ結晶表面にスピンの波が誘起されバリスティックにＹＩＧ内を進んで、白金電極Pt(o)の両端に起電力が生じるということです。この起電力の極性は、入り口の電流によって変化します。また、この効果は、磁界によってスイッチオンオフできます。

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白金の中に電流を流すと相対論による「スピンホール効果」でスピン流が電流に垂直に生じます。この白金中のスピン流がＹＩＧ結晶の表面付近にSTT(スピントランスファートルク)効果により、ダンピングを打ち消して、スピンの歳差運動を起こし、ＹＩＧ表面にスピン波を誘起します。

l ＹＩＧの表面を伝わるMSSWモードのスピン波は波長が長く、散乱を受けることなく弾道的（バリスティック）に伝わります。速度はc/(em)^1/2ですから、かなりの高速です。

l ＹＩＧ表面を伝わるスピン波が第２の白金電極に到達しますと、「逆スピンホール効果」によって白金内に起電力が生じます。逆スピンホール効果は齊藤研究者がさきがけ以前に実証しました。

l 絶縁体である磁性ガーネットを用いた静磁波デバイスは以前から使われていますが、本研究はそれとは全く異なっています。以前のデバイスは外部回路の電気信号を電磁的なカップリングによって磁性ガーネットに伝えています。このため、強磁性共鳴のスピン波の周波数しか伝搬することができません。それに対し、今回のものでは、白金電極に電流を流すだけで直接スピン波に変換するため、任意の周波数を伝えることができます。ただし、強磁性共鳴の周波数（10GHz程度）を超えることはできません。