利用報告書 / User's Report

【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.13】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22UT0188

利用課題名 / Title

スピン波計算のためのフェライトを用いたスピン波変調素子の開発

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

ESR,スパッタリング/Sputtering,リソグラフィ/Lithography,EB,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,スピン制御/ Spin control,スピントロニクス/ Spintronics


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)

唐　 思逸

所属名 / Affiliation

東京大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
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

UT-302：電子スピン共鳴装置
UT-505：レーザー直接描画装置 DWL66+2018
UT-503：超高速大面積電子線描画装置


報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

スピン波変調のための新しい材料やデバイスを作製するために、東京大学のESR装置を用いて材料の磁気ダンピング定数を調べ、フォトリソグラフィーとEB-リソグラフィー装置を用いて表面に導波路を作製し、スピン波の励起と検出を行った。

実験 / Experimental

　ESR測定では、JOEL社製のEPR装置（UT-302）を使用し、まず自分が作製した薄膜試料をダイヤモンドナイフで0.25*0.5cm2の大きさに切断し、対応する石英管に装着してESR装置に装填した。磁場の大きさを固定し、チャンバー内のマイクロ波周波数を変化させると、数百MHzから数GHzの反射スペクトルを得ることができる。　設計の通りのパータンを得るために、リソグラフィは不可欠な加工手段である。まず、アセトン、アルコール、純水を用いて実験試料を洗浄した後、スピンコーターを用いて薄膜試験材料の表面に適切な厚さのフォトレジストを成膜した。 ケイデンス社のソフトウェアで設計したパターンファイルをフォトリソグラフィー装置に転送し、Dose量とフォトリソグラフィーのアライメントポイントを制御しながら薄膜材料をリソグラフィーし、最後にNMD-W、ZED-N50などの現像液でテスト材料を現像する。最後にフォトレジストに一定のパターンが提示されるとエッチングや蒸着など次の実験操作ができるようになる。

結果と考察 / Results and Discussion

ESR装置の使用により、マイクロ波の反射スペクトルから、薄膜材料のg因子と磁気の減衰係数を計算することができる。 これにより、その材料がスピン波の伝送や変調に適しているかどうかを判断することができる。 また、この過程で、薄膜材料に対してある種の最適化を行った。STO(100)基板上に成長したγ-Fe2O3膜は、高いダンピング定数を有することが明らかになった。薄膜の表面にコプレーナー導波路のパターンを作り、スパッタなどでスピン波を励起・検出する金属を蒸着した構造に置いて、外部磁場の変化により、フェライト膜上でスピン波が効率的に透過するようになったことを確認した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

・参考文献　1 A.V. Chumak, A.A. Serga, and B. Hillebrands, Nat Commun 5, 4700 (2014).2 S. Emori, D. Yi, S. Crossley, J.J. Wisser, P.P. Balakrishnan, B. Khodadadi, P. Shafer, C. Klewe, A.T. N’Diaye, B.T. Urwin, K. Mahalingam, B.M. Howe, H.Y. Hwang, E. Arenholz, and Y. Suzuki, Nano Lett. 18, 4273 (2018).3 S. Tang, M.S. Sarker, K. Ma, H. Yamahara, H. Tabata, and M. Seki, Appl. Phys. Lett. 119, 082402 (2021).4 T. Yamashita and P. Hayes, Applied Surface Science 254, 2441 (2008).


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)
  1. Md Shamim Sarker, Sensitivity enhancement in magnetic sensor using CoFeB/Y3Fe5O12 resonator, Scientific Reports, 12, (2022).
    DOI: 10.1038/s41598-022-15317-0
  2. Zhiqiang Liao, Nonbistable rectified linear unit-based gain-dissipative Ising spin network with stochastic resonance effect, Journal of Computational Science, 62, 101722(2022).
    DOI: 10.1016/j.jocs.2022.101722
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. Siyi Tang, et al., “Efficient Spin-wave Propagation in High-Quality Epitaxial γ-Fe2O3 Thin Film Grown on Nb:SrTiO3 by 2-step PLD Method”, 9th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces, September 5 (Mon.) -　8 (Thu.). 2022, Poster
  2. Siyi Tang, et al., “High-quality spinel γ-Fe2O3 epitaxial thin film grown on Nb:SrTiO3 substrate for spin-wave modulation and computation”, 28th International Workshop on Oxide Electronics, October 2nd - October 5th 2022. Poster
  3. 〇Md Shamim Sarker（東京大学）, Hiroyasu Yamahara, Lihao Yao, Siyi Tang, Zhiqiang Liao, Munetoshi Seki, and Hitoshi Tabata,CoFeB/Y3Fe5O12 bilayer magnonic resonator for magnetic sensor application,The 28th oxide electronics workshop(iWOE28)、2022/10/3
  4. 〇Siyi Tang（東京大学）, Md Shamim Sarker, Kaijie Ma, Hiroyasu Yamahara, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata、Phase transition of high-quality epitaxial spinel Fe3O4 to γ-Fe2O3 thin films for spin-wave propagation、2023年第70回応用物理学会　春季学術講演会、2023/3/15
  5. 〇Lihao Yao（東京大学）, Siyi Tang, Md Shamim Sarker, Haolong Zhou, Hitoshi Tabata、Magneto-elastic coupling and spin wave dynamics in LiNbO3/CoFeB Device、2023年第70回応用物理学会　春季学術講演会、2023/3/16
  6. 〇Zhiqiang Liao（東京大学）、Kaijie Ma、Siyi Tang、Hiroyasu Yamahara、Munetoshi Seki、Hitoshi Tabata、A Simple Nonbistable Architecture for Realizing Ising Machine with Stochastic Resonance Phenomenon、2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会、2022/9/21
  7. 〇shamim sarker（東京大学）、Lihao Yao、Kaijie Ma、Hiroyasu Yamahara、Siyi Tang、Kenyu Terao、Zhiqiang Liao、Munetoshi Seki、Hitoshi Tabata、Magnonic cross-bar interference-based reconfigurable logic gate、2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会、2022/9/22
  8. 〇shamim sarker（東京大学）、Hiroyasu Yamahara、Lihao Yao、Siyi Tang、Zhiqiang Liao、Munetoshi Seki、Hitoshi Tabata、Implementation of a highly sensitive magnetic sensor using CoFeB/Y3Fe5O12 bilayer magnonic resonator、2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会、2022/9/22
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

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