理化学研究所,日本原子力研究開発機構,東京大学,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和５年１１月９日

理化学研究所
日本原子力研究開発機構
東京大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

隠された磁気を超音波で診断

～高速磁気メモリー開発に向けた材料研究の新手法～

理化学研究所（理研） 創発物性科学研究センター 量子ナノ磁性研究チームのトマス・リヨンス 学振特別研究員（研究当時）、ホルヘ・プエブラ 研究員、東京大学 物性研究所の大谷 義近 教授（理研 創発物性科学研究センター 量子ナノ磁性研究チーム チームリーダー）、日本原子力研究開発機構 先端基礎研究センターの山本 慧 研究副主幹（科学技術振興機構（ＪＳＴ） さきがけ研究者、理研 開拓研究本部 柚木計算物性物理研究室 客員研究員）らの共同研究グループは、磁場には容易に応答しないにもかかわらず磁気を内に秘める材料「反強磁性体」の性質を、超音波を用いて詳細に調べられることを実証しました。

本研究成果は、磁気メモリーの高記録密度化および動作高速化や高周波磁場の検知を可能にするとして注目されている反強磁性材料の新しい物性測定手法を提供し、今後幅広く利用されると期待されます。

反強磁性体に対して適切な測定条件を整えることによって、微弱な超音波が反強磁性磁化の応答を増幅する現象「反強磁性共鳴」を引き起こします。この共鳴には反強磁性体の特性に関する情報が豊富に含まれていますが、通常の磁場を使った方法では測定が難しく反強磁性の実験研究は特定の材料を除いてあまり進んでいませんでした。

今回、共同研究グループは、層状構造を持ち反強磁性を示す三塩化クロムの剥片を基板上に配置し、基板表面を伝わる超音波（表面音波）の透過率を測定しました。その結果、磁場に依存しない超音波によって反強磁性共鳴の観測に初めて成功し、その詳細な性質を明らかにしました。

本研究成果は、科学雑誌「Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ」オンライン版（２０２３年１１月８日付：日本時間２０２３年１１月９日）に、Ｅｄｉｔｏｒｓ＇Ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ（編集者が選抜する、特に重要かつ興味深い成果と判断された論文）として掲載されます。

本研究は、日本学術振興会（ＪＳＰＳ） 科学研究費助成事業 基盤研究（Ｓ）「コヒーレント磁気弾性強結合状態に基づく高効率スピン流生成手法の開拓（研究代表者：大谷 義近）」、同 若手研究「マグノニック結晶におけるスピン波非相反性に関する理論研究（研究代表者：山本 慧）」、同 基盤研究（Ｂ）「力学回転とスピンの相互変換（研究代表者：前川 禎通）」、および科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 さきがけ「トポロジカル材料科学と革新的機能創出」の研究課題「非相反表面波：材料科学に使えるアノマリー（研究代表者：山本 慧、ＪＰＭＪＰＲ２０ＬＢ）」、同 ＣＲＥＳＴ「実験と理論・計算・データ科学を融合した材料開発の革新」の研究課題「ナノ構造制御と計算科学を融合した傾斜材料開発とスピンデバイス応用（研究代表者：能崎 幸雄、ＪＰＭＪＣＲ１９Ｊ４）」、「量子状態の高度な制御に基づく革新的量子技術基盤の創出」の研究課題「ナノスピン構造を用いた電子量子位相制御（研究代表者：永長 直人、ＪＰＭＪＣＲ１８７４）」、「情報担体を活用した集積デバイス・システム」の研究課題「非古典スピン集積システム（研究代表者：齊藤 英治、ＪＰＭＪＣＲ２０Ｃ１）」ならびにＬＡＮＥＦ（Ｌａｂｏｒａｔｏｉｒｅ ｄ’Ａｌｌｉａｎｃｅｓ Ｎａｎｏｓｃｉｅｎｃｅｓ－Ｅｎｅｒｇｉｅｓ ｄｕ Ｆｕｔｕｒ）のＣｈａｉｒ ｏｆ Ｅｘｃｅｌｌｅｎｃｅ採択課題 ”ＱＳＰＩＮ－Ｑｕａｎｔｕｍ ｓｐｉｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ ｉｎ ｍａｇｎｏｎ－ｐｈｏｎｏｎ ｃｏｕｐｌｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ”（研究代表者：大谷 義近）と理研 戦略的パートナー連携事業「単一励起マグノン・フォノントランスデューサーの開発」による助成を受けて行われました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Acoustically driven magnon-phonon coupling in a layered antiferromagnet”
ＤＯＩ：10.1103/PhysRevLett.131.196701

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Acoustically Driven Magnon-Phonon Coupling in a Layered Antiferromagnet”

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