JP6444769B2 - Magnetic device and high frequency device - Google Patents
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Description
本発明は、磁性体装置及び高周波デバイスに関する。 The present invention relates to a magnetic device and a high frequency device.
従来の電子デバイスでは、数百ＧＨｚ〜数十ＴＨｚの電磁波を発振・増幅させることは困難であり、「ＴＨｚギャップ」と呼ばれる未開拓な電磁場領域がある。テラヘルツ領域の超高周波デバイスは、超高密度通信、生体情報、セキュリティ応用などへの利用が期待されている。
また、キラルらせん磁気秩序を示す磁性体CrNb3S6が知られており、この磁性体に磁場を印加すると、磁性体のらせん磁気秩序のソリトンの周期構造が変化することが知られている（例えば、非特許文献１参照）。磁場中では磁気モーメントが揃っている領域（強制強磁性領域）と磁気モーメントがねじれた領域であるソリトンとが交互に並んで格子を組んだ状態となっており、印加磁場に応じて磁気モーメントのソリトン格子構造の周期を変化させることが知られている。
In conventional electronic devices, it is difficult to oscillate and amplify electromagnetic waves of several hundred GHz to several tens THz, and there is an undeveloped electromagnetic field region called “THz gap”. Ultra-high frequency devices in the terahertz region are expected to be used for ultra-high density communication, biological information, security applications, and the like.
In addition, the magnetic material CrNb 3 S 6 showing chiral helical magnetic order is known, and it is known that the periodic structure of solitons in the magnetic magnetic order of the magnetic material changes when a magnetic field is applied to this magnetic material ( For example, refer nonpatent literature 1). In a magnetic field, a region in which magnetic moments are aligned (forced ferromagnetic region) and a soliton that is a region in which the magnetic moment is twisted are alternately arranged in a lattice, and depending on the applied magnetic field, the magnetic moment It is known to change the period of the soliton lattice structure.
「ＴＨｚギャップ」と呼ばれる電磁場領域をカバーするために、新しい材料や原理に基づいたデバイスが求められている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、キラルらせん磁気秩序を示す磁性体の特性を利用した磁性体装置を提供する。
In order to cover the electromagnetic field region called “THz gap”, devices based on new materials and principles are required.
This invention is made | formed in view of such a situation, and provides the magnetic body apparatus using the characteristic of the magnetic body which shows a chiral helical magnetic order.
本発明は、キラルらせん磁気秩序を示す磁性体を含む磁性体部と、キラルらせん磁気秩序のソリトンの伝播を制限する複数の制限手段とを備え、前記磁性体部は、２つの前記制限手段によりキラルらせん磁気秩序にソリトンが閉じ込められた複数の第１領域を有し、複数の第１領域は、キラルらせん磁気秩序に閉じ込められたソリトンの数が実質的に同じであることを特徴とする磁性体装置を提供する。 The present invention includes a magnetic part including a magnetic body exhibiting chiral helical magnetic order, and a plurality of limiting means for limiting the propagation of solitons in the chiral helical magnetic order, and the magnetic part is formed by two limiting means. A plurality of first regions in which a soliton is confined in a chiral helical magnetic order, wherein the plurality of first regions have substantially the same number of solitons confined in the chiral helical magnetic order A body device is provided.
本発明によれば、磁性体部はキラルらせん磁気秩序を示す磁性体を含むため、らせん磁気秩序のソリトンが伝播することができる。
本発明によれば、キラルらせん磁気秩序のソリトンの伝播を制限する制限手段が設けられるため、ソリトンが伝播しない領域又は箇所を磁性体部に形成することができる。また、複数の制限手段を設けることにより、隣接する２つの制限手段の間のキラルらせん磁気秩序にソリトンを閉じ込めることができ、第１ソリトン閉じ込め領域を磁性体部に複数形成することができる。また、この第１ソリトン閉じ込め領域にあるキラルらせん磁気秩序内のソリトンは位相コヒーレンスを有しており集団的に共振するため、特定の周波数で磁気共鳴を生じさせることができる。このため、電磁波を発振・受信・伝送することが可能となる。
制限手段の位置により第１ソリトン閉じ込め領域の幅を変えることができ、第１ソリトン閉じ込め領域で磁気共鳴が生じる周波数を変えることができる。また、磁性体部に外部磁場を印加することによりソリトンの状態を変化させることができ、第１ソリトン閉じ込め領域で磁気共鳴が生じる周波数を変えることができる。このため、サブＧＨｚから数ＴＨｚまでの電磁波を発振・受信・伝送することが可能である。
According to the present invention, since the magnetic part includes a magnetic substance exhibiting chiral helical magnetic order, the soliton of the helical magnetic order can propagate.
According to the present invention, since the limiting means for limiting the propagation of the soliton in the chiral helical magnetic order is provided, a region or a portion where the soliton does not propagate can be formed in the magnetic part. Further, by providing a plurality of limiting means, solitons can be confined in the chiral helical magnetic order between two adjacent limiting means, and a plurality of first soliton confining regions can be formed in the magnetic part. In addition, since the solitons in the chiral helical magnetic order in the first soliton confinement region have phase coherence and collectively resonate, magnetic resonance can be generated at a specific frequency. For this reason, it becomes possible to oscillate / receive / transmit electromagnetic waves.
The width of the first soliton confinement region can be changed depending on the position of the limiting means, and the frequency at which magnetic resonance occurs in the first soliton confinement region can be changed. Moreover, the state of the soliton can be changed by applying an external magnetic field to the magnetic body portion, and the frequency at which magnetic resonance occurs in the first soliton confinement region can be changed. For this reason, it is possible to oscillate, receive, and transmit electromagnetic waves from sub-GHz to several THz.
本発明によれば、各第１ソリトン閉じ込め領域に閉じ込められたキラルらせん磁気秩序のソリトンの数は実質的に同じであるため、複数の第１ソリトン閉じ込め領域において同じ周波数で磁気共鳴を生じさせることができる。このため、発振する電磁波を巨大化することができ、また、電磁波を高効率で受信することができる。さらに、共鳴に伴い巨大なスピン起電力やコヒーレントスピン流を誘起できるため、本発明の磁性体装置は、電磁場・電力発生器として機能することができる。
本発明によれば、各第１ソリトン閉じ込め領域のキラルらせん磁気秩序に閉じ込められたソリトンの数は実質的に同じであるため、磁性体部に外部磁場を印加することにより各第１ソリトン閉じ込め領域において同じようにソリトンの数を変化させることができる。このことにより、第１ソリトン閉じ込め領域の数ずつソリトンの数を変化させることができ、ソリトン数を階段状に変化させることができる。従って、階段状に磁性体部の電気抵抗や光学応答を変化させることができ、この電気抵抗や光学応答の階段状の変化を利用することにより磁気デバイス（メモリ・センサ・論理素子）の多値化が可能である。
According to the present invention, the number of solitons in the chiral helical magnetic order confined in each first soliton confinement region is substantially the same, so that magnetic resonance occurs at the same frequency in the plurality of first soliton confinement regions. Can do. For this reason, the oscillating electromagnetic wave can be enlarged and the electromagnetic wave can be received with high efficiency. Furthermore, since a giant spin electromotive force or coherent spin current can be induced with resonance, the magnetic device of the present invention can function as an electromagnetic field / power generator.
According to the present invention, since the number of solitons confined in the chiral helical magnetic order in each first soliton confinement region is substantially the same, each first soliton confinement region is applied by applying an external magnetic field to the magnetic part. In the same way, the number of solitons can be changed. Thus, the number of solitons can be changed by the number of first soliton confinement regions, and the number of solitons can be changed stepwise. Therefore, the electrical resistance and optical response of the magnetic body can be changed stepwise, and the multi-value of the magnetic device (memory, sensor, logic element) can be changed by using the stepwise change of the electrical resistance and optical response. Is possible.
本発明の磁性体装置は、キラルらせん磁気秩序を示す磁性体を含む磁性体部と、キラルらせん磁気秩序のソリトンの伝播を制限する複数の制限手段とを備え、前記磁性体部は、２つの前記制限手段によりキラルらせん磁気秩序にソリトンが閉じ込められた複数の領域を有し、複数の領域は、キラルらせん磁気秩序に閉じ込められたソリトンの数が実質的に同じであることを特徴とする。
磁性体装置とは、磁性体の特性を利用した装置であり、高周波デバイスであってもよく、電子デバイスであってもよい。高周波デバイスは、例えば発振装置、受信装置、導波路、電力発生装置などである。電子デバイスは、例えば磁気メモリ、磁気センサ、論理素子などである。
The magnetic device of the present invention includes a magnetic body portion including a magnetic body exhibiting a chiral helical magnetic order, and a plurality of limiting means for limiting the propagation of solitons in the chiral helical magnetic order. The limiting means has a plurality of regions in which the soliton is confined in the chiral helical magnetic order, and the plurality of regions have substantially the same number of solitons confined in the chiral helical magnetic order.
A magnetic device is a device that uses the characteristics of a magnetic material, and may be a high-frequency device or an electronic device. The high-frequency device is, for example, an oscillation device, a reception device, a waveguide, or a power generation device. The electronic device is, for example, a magnetic memory, a magnetic sensor, a logic element, or the like.
本発明の磁性体装置において、磁性体部は、２つの前記制限手段によりキラルらせん磁気秩序にソリトンが閉じ込められた複数の第２領域を有し、複数の第２領域は、キラルらせん磁気秩序に閉じ込められたソリトンの数が実質的に同じであり、第１領域と第２領域は、閉じ込められたソリトンの数が異なることが好ましい。
このような構成によれば、第１ソリトン閉じ込め領域と第２ソリトン閉じ込め領域とで異なる周波数で磁気共鳴を生じさせることができる。このため、異なる２つの周波数で電磁波を発振・受信・伝送することが可能となる。また、本発明の磁性体装置において、磁性体部は、閉じ込められたソリトンの数が異なる第１、第２、第３、第４・・・第ｎソリトン閉じ込め領域を有することもできる。また、これらの領域は、閉じ込められたソリトンの数が分布するように設けることができる。このことにより、第１、第２、第３、第４・・・第ｎソリトン閉じ込め領域において異なる周波数で磁気共鳴を生じさせることができる。このため、共鳴周波数を広範囲にわたって分布させることができ、広範囲にわたる電磁波を発振・受信することができるため、本発明の磁性体装置は、広帯域の電磁場・電力の受信機や検出器として機能することができる。
本発明の磁性体装置において、制限手段は、磁性体部に局所的な磁場を印加する第１磁場印加部であることが好ましい。
このような構成によれば、第１磁場印加部により生じる磁場によりソリトンの伝播を制限することができ、ソリトン閉じ込め領域を形成することができる。
本発明の磁性体装置において、前記制限手段は、結晶欠陥、結晶粒界、溝又は接続部であるすることが好ましい。
このような構成によれば、ソリトンの伝播を制限することができ、ソリトン閉じ込め領域を形成することができる。
In the magnetic device of the present invention, the magnetic part has a plurality of second regions in which the soliton is confined in the chiral helical magnetic order by the two limiting means, and the plurality of second regions are in the chiral helical magnetic order. Preferably, the number of confined solitons is substantially the same, and the first region and the second region have different numbers of confined solitons.
According to such a configuration, magnetic resonance can be generated at different frequencies in the first soliton confinement region and the second soliton confinement region. For this reason, it is possible to oscillate, receive, and transmit electromagnetic waves at two different frequencies. In the magnetic device of the present invention, the magnetic part may have first, second, third, fourth... Nth soliton confinement regions having different numbers of confined solitons. These regions can also be provided so that the number of confined solitons is distributed. Accordingly, magnetic resonance can be generated at different frequencies in the first, second, third, fourth,..., Nth soliton confinement regions. For this reason, the resonance frequency can be distributed over a wide range, and a wide range of electromagnetic waves can be oscillated and received. Therefore, the magnetic device of the present invention functions as a wide-band electromagnetic field / power receiver and detector. Can do.
In the magnetic device of the present invention, it is preferable that the limiting means is a first magnetic field applying unit that applies a local magnetic field to the magnetic unit.
According to such a configuration, soliton propagation can be limited by the magnetic field generated by the first magnetic field application unit, and a soliton confinement region can be formed.
In the magnetic device of the present invention, it is preferable that the limiting means is a crystal defect, a crystal grain boundary, a groove, or a connection portion.
According to such a configuration, soliton propagation can be restricted, and a soliton confinement region can be formed.
本発明の磁性体装置において、複数の制限手段は、５０以下のソリトンをソリトン閉じ込め領域に閉じ込めるように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、ソリトンが伝播できる範囲を狭くすることができ、高い周波数を含む幅広い周波数領域で磁気共鳴を生じさせることができる。
本発明の磁性体装置において、磁性体部に全体的な磁場を印加する第２磁場印加部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、磁性体部に全体的な磁場を印加することができ、ソリトン閉じ込め領域に閉じ込められたソリトンの数を変化させることができる。
また、本発明は、本発明の磁性体装置を備え、ソリトン閉じ込め領域に閉じ込められたソリトンの共鳴を利用する高周波デバイスも提供する。
本発明の高周波デバイスによれば、サブＧＨｚから数ＴＨｚまでの電磁波を発振・受信・伝送することが可能である。
In the magnetic device of the present invention, it is preferable that the plurality of limiting means are provided so as to confine 50 or less solitons in the soliton confinement region.
According to such a configuration, the range in which the soliton can propagate can be narrowed, and magnetic resonance can be generated in a wide frequency region including a high frequency.
In the magnetic device of the present invention, it is preferable that the magnetic device further includes a second magnetic field applying unit that applies an entire magnetic field to the magnetic unit.
According to such a configuration, the entire magnetic field can be applied to the magnetic body portion, and the number of solitons confined in the soliton confinement region can be changed.
The present invention also provides a high-frequency device that includes the magnetic device of the present invention and uses the resonance of the soliton confined in the soliton confinement region.
According to the high frequency device of the present invention, it is possible to oscillate, receive, and transmit electromagnetic waves from sub-GHz to several THz.
以下、図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.
磁性体装置
図１〜３は、本実施形態の磁性体装置２０の概略断面図である。
本実施形態の磁性体装置２０は、キラルらせん磁気秩序を示す磁性体を含む磁性体部１と、キラルらせん磁気秩序のソリトン８の伝播を制限する複数の制限手段３とを備え、磁性体部１は、２つの制限手段３によりキラルらせん磁気秩序にソリトン８が閉じ込められた複数の領域９を有し、複数の領域９は、キラルらせん磁気秩序に閉じ込められたソリトン８の数が実質的に同じであることを特徴とする。
また、磁性体装置２０は、磁性体部１に全体的な磁場を印加する第２磁場印加部１４、磁性体部１に接続した電極対１２、磁性体部１に光又は電磁波を照射する光源１６を有してもよい。
以下、本実施形態の磁性体装置２０について説明する。
Magnetic device Figure 1-3 is a schematic cross-sectional view of the magnetic apparatus 20 of the present embodiment.
The magnetic device 20 of the present embodiment includes a magnetic body portion 1 including a magnetic body exhibiting chiral helical magnetic order, and a plurality of limiting means 3 for limiting the propagation of the soliton 8 of the chiral helical magnetic order, and the magnetic body portion. 1 has a plurality of regions 9 in which the soliton 8 is confined in the chiral helical magnetic order by two limiting means 3, and the plurality of regions 9 is substantially the number of solitons 8 confined in the chiral helical magnetic order. It is characterized by being the same.
The magnetic device 20 includes a second magnetic field applying unit 14 that applies an entire magnetic field to the magnetic body unit 1, an electrode pair 12 connected to the magnetic body unit 1, and a light source that irradiates the magnetic body unit 1 with light or electromagnetic waves. 16 may be included.
Hereinafter, the magnetic device 20 of this embodiment will be described.
磁性体部１は、キラルらせん磁気秩序を示す磁性体を含む部分である。磁性体部１は、単結晶体から切り出したチップであってもよく、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などにより成膜された膜であってもよい。また、磁性体部１は、複数の磁性体が組み合わされた部分であってもよい。
磁性体部１の材料は、キラルらせん磁気秩序を示す磁性体であれば特に限定されないが、例えばＣｒＮｂ3Ｓ6である（非特許文献１参照）。キラルらせん磁気秩序とは、磁気モーメントがらせん状に並んだ磁気秩序である。なお、磁気モーメントは、磁性体の結晶軸をらせん軸としてらせん状に並ぶ。また、磁性体のらせん磁気秩序を、磁気モーメントの波であるソリトン８が伝播することができる。磁性体部１では、複数の線状のキラルらせん磁気秩序が束状に形成される。
磁性体部１は、２つの制限手段３によりキラルらせん磁気秩序にソリトン８が閉じ込められたソリトン閉じ込め領域９を複数有する。
The magnetic part 1 is a part including a magnetic substance exhibiting chiral helical magnetic order. The magnetic part 1 may be a chip cut out from a single crystal, or may be a film formed by a CVD method, a PVD method, or the like. Further, the magnetic body portion 1 may be a portion in which a plurality of magnetic bodies are combined.
The material of the magnetic part 1 is not particularly limited as long as it is a magnetic substance exhibiting chiral helical magnetic order, and is, for example, CrNb 3 S 6 (see Non-Patent Document 1). Chiral helical magnetic order is a magnetic order in which magnetic moments are arranged in a spiral. The magnetic moment is arranged in a spiral shape with the crystal axis of the magnetic material as the helical axis. Further, the soliton 8 which is a wave of magnetic moment can propagate through the helical magnetic order of the magnetic material. In the magnetic part 1, a plurality of linear chiral helical magnetic orders are formed in a bundle.
The magnetic part 1 has a plurality of soliton confinement regions 9 in which the soliton 8 is confined in the chiral helical magnetic order by the two limiting means 3.
ＣｒＮｂ3Ｓ6を用いてキラルらせん磁気秩序を示す磁性体について説明する。
図４（ａ）は、ＣｒＮｂ3Ｓ6の結晶構造を示す図であり、（ｂ）は、ＣｒＮｂ3Ｓ6のキラルらせん磁気秩序を示す図である。図４（ｂ）のらせん状に並んだ矢印は、磁気モーメントを示すベクトルであり、これらのらせん状に並んだ磁気モーメントは、波のように回転おり、キラルらせん磁気秩序状態となっている。なお、この磁気モーメントがねじれた領域の一つずつをソリトン８といい、ソリトン８が周期的に並んだ状態をソリトン格子という。また、このキラルらせん磁気秩序では、ＣｒＮｂ3Ｓ6のｃ軸方向をらせん軸として磁気モーメントがらせん状に並ぶ。
図４（ｃ）〜（ｇ）は、ＣｒＮｂ3Ｓ6に磁場を印加した場合のキラルらせん磁気秩序を示す図である。図４（ｃ）から（ｇ）に向かうにつれ印加磁場の強さは大きくなる。ＣｒＮｂ3Ｓ6に磁場を印加すると、ＣｒＮｂ3Ｓ6の磁気モーメントが磁場の方向に向かう磁気分極が生じるため、印加磁場の強さを徐々に大きくしていくと磁気分極が進みソリトン８の数は徐々に少なくなる。そして、印加磁場の強さが十分に大きくなると図４（ｇ）のようにＣｒＮｂ3Ｓ6の磁気モーメントが印加磁場の方向に並び強磁性状態となる。なお、印加磁場により磁気分極が進みソリトンの数が変化すると、磁性体部１の電気伝導特性や光学特性は変化する。
このように、磁性体部１に磁場を印加することによりキラルらせん磁気秩序内のソリトン８の数を変化させることやソリトン８の伝播性を変化させることができる。
A magnetic material exhibiting chiral helical magnetic order using CrNb 3 S 6 will be described.
4 (a) is a diagram showing the crystal structure of CrNb 3 S 6, (b) is a diagram showing a chiral helical magnetic order of CrNb 3 S 6. The arrows arranged in a spiral shape in FIG. 4B are vectors indicating magnetic moments. These magnetic moments arranged in a spiral shape rotate like a wave and are in a chiral helical magnetic order state. Each region where the magnetic moment is twisted is called a soliton 8, and a state in which the solitons 8 are arranged periodically is called a soliton lattice. In this chiral helical magnetic order, magnetic moments are arranged in a helical shape with the c-axis direction of CrNb 3 S 6 as the helical axis.
FIGS. 4C to 4G are diagrams showing the chiral helical magnetic order when a magnetic field is applied to CrNb 3 S 6 . The intensity of the applied magnetic field increases as it goes from FIG. 4 (c) to (g). When applying a magnetic field to CrNb 3 S 6, the number of CrNb 3 S because the magnetic moment of the 6 magnetic polarization occurs toward the direction of the magnetic field, when gradually increasing the strength of the applied magnetic field magnetic polarization proceeds soliton 8 Gradually decreases. When the strength of the applied magnetic field becomes sufficiently large, the magnetic moment of CrNb 3 S 6 is aligned in the direction of the applied magnetic field as shown in FIG. In addition, when magnetic polarization advances with an applied magnetic field and the number of solitons changes, the electrical conductivity characteristic and optical characteristic of the magnetic body part 1 will change.
Thus, by applying a magnetic field to the magnetic part 1, it is possible to change the number of solitons 8 in the chiral helical magnetic order and to change the propagation properties of the solitons 8.
制限手段３は、ソリトン８の伝播を制限する手段である。制限手段３は、磁性体部１に局所的な磁場を印加する第１磁場印加部４であってもよく、磁性体の結晶欠陥であってもよく、磁性体の結晶粒界であってもよく、磁性体部１に設けられた溝６であってもよく、磁性体部１に設けられた接続部７であってもよい。また、制限手段３は複数設けられる。また、制限手段３は線状に設けることができる。
複数の制限手段３は、隣接する２つの制限手段３の間のキラルらせん磁気秩序にソリトン８が閉じ込められたソリトン閉じ込め領域９が形成されるように設けられる。また、複数の制限手段は、磁性体部１に複数のソリトン閉じ込め領域９が形成されるように設けられる。ソリトン閉じ込め領域９では、領域９内のキラルらせん磁気秩序にソリトン８が閉じ込められる。
また、線状の制限手段３は、キラルらせん磁気秩序のらせん軸に対して９０度の方向に延びるように設けることができる。このことにより、領域９に含まれるキラルらせん磁気秩序のらせん軸方向の長さを同じにすることができる。
The limiting unit 3 is a unit that limits the propagation of the soliton 8. The limiting means 3 may be the first magnetic field application unit 4 that applies a local magnetic field to the magnetic body 1, may be a crystal defect of the magnetic body, or may be a crystal grain boundary of the magnetic body. Alternatively, it may be the groove 6 provided in the magnetic body portion 1 or the connection portion 7 provided in the magnetic body portion 1. A plurality of limiting means 3 are provided. Further, the limiting means 3 can be provided in a linear shape.
The plurality of limiting means 3 are provided such that a soliton confining region 9 in which the soliton 8 is confined in the chiral helical magnetic order between two adjacent limiting means 3 is formed. Further, the plurality of limiting means are provided such that a plurality of soliton confinement regions 9 are formed in the magnetic part 1. In the soliton confinement region 9, the soliton 8 is confined to the chiral helical magnetic order in the region 9.
The linear limiting means 3 can be provided so as to extend in a direction of 90 degrees with respect to the helical axis of the chiral helical magnetic order. As a result, the length of the chiral helical magnetic order included in the region 9 in the direction of the helical axis can be made the same.
複数の制限手段３は、キラルらせん磁気秩序に閉じ込められたソリトンの数が複数のソリトン閉じ込め領域９で実質的に同じとなるように設けられる。
閉じ込められたソリトン８の数は、例えば、外部磁場を印加していない状態において、１００以下であってもよく、５０以下であってもよく、３０以下であってもよく、２０以下であってもよい。なお、通常、ソリトン８は、らせん１回り（３６０°回転）を１つとして数え、らせん０．５回り（１８０°回転）を０．５個と数える。
また、隣接する２つの制限手段３の間隔は、例えば、３μｍ以上１５μｍ以下とすることができる。また、２つの制限手段３の間隔を変えることによりソリトン閉じ込め領域９の幅を変えることができ、ソリトン８が伝播することができるキラルらせん磁気秩序の長さを変えることができる。
The plurality of limiting means 3 are provided so that the number of solitons confined in the chiral helical magnetic order is substantially the same in the plurality of soliton confinement regions 9.
The number of confined solitons 8 may be, for example, 100 or less, 50 or less, 30 or less, or 20 or less when no external magnetic field is applied. Also good. Normally, the soliton 8 is counted as one spiral (rotating 360 °) as one, and 0.5 around the spiral (rotating 180 °) as 0.5.
Moreover, the space | interval of the two adjacent restriction | limiting means 3 can be 3 micrometers or more and 15 micrometers or less, for example. Further, by changing the distance between the two limiting means 3, the width of the soliton confinement region 9 can be changed, and the length of the chiral helical magnetic order in which the soliton 8 can propagate can be changed.
制限手段３として第１磁場印加部４を設ける場合について説明する。図５（ａ）は、２つの磁石４（第１磁場印加部４）の間に生じる磁場を磁性体部１に印加する磁性体装置２０の概略部分断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に対応する磁性体部１のキラルらせん磁気秩序を示した模式図である。
この磁性体装置２０では、磁性体部１を挟んで設けられた線状の磁石４ａ、４ｂと、磁性体部１を挟んで設けられた線状の磁石４ｃ、４ｄとを間隔をおいて設けている。線状の磁石４ａ〜４ｄは、キラルらせん磁気秩序のらせん軸に対して９０度の方向に延びるように設けられる。また、磁石４ａ〜４ｄは、磁化方向が磁性体部１の主要面に対して垂直方向となるように設けられる。
The case where the 1st magnetic field application part 4 is provided as the limiting means 3 is demonstrated. FIG. 5A is a schematic partial cross-sectional view of a magnetic device 20 that applies a magnetic field generated between two magnets 4 (first magnetic field application unit 4) to the magnetic body unit 1, and FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing the chiral helical magnetic order of the magnetic part 1 corresponding to FIG.
In this magnetic body device 20, linear magnets 4 a and 4 b provided with the magnetic body portion 1 interposed therebetween and linear magnets 4 c and 4 d provided with the magnetic body portion 1 interposed therebetween are provided at intervals. ing. The linear magnets 4a to 4d are provided so as to extend in a direction of 90 degrees with respect to the helical axis of the chiral helical magnetic order. Magnets 4 a to 4 d are provided such that the magnetization direction is perpendicular to the main surface of magnetic body 1.
このように磁石４ａ〜４ｄを設けた場合、磁石４ｂのＮ極から磁石４ａのＳ極に向かう磁場を磁性体部１に印加し制限領域１１ａを形成することができ、磁石４ｄのＮ極から磁石４ｃのＳ極に向かう磁場を磁性体部１に印加し制限領域１１ｂを形成することができる。また、制限領域１１ａと制限領域１１ｂとの間にソリトン閉じ込め領域９ｂを形成することができる。
制限領域１１ａ、１１ｂでは、図５（ｂ）のように、キラルらせん磁気秩序の磁気モーメントが磁場の方向に向かう磁気分極が生じるため磁気モーメントの方向が固定され磁気秩序をソリトン８が伝播できなくなる。従って、ソリトン閉じ込め領域９ｂ内の磁気秩序のソリトン８は、領域９ｂ内に閉じ込められ、領域９ｂの磁気秩序の範囲内で伝播することになる。また、領域９ｂ内のキラルらせん磁気秩序のらせん軸方向の長さは同じになり、ソリトン８が伝播できる範囲も同じになる。Ｎ極からＳ極への向きは磁石４ｂから磁石４ａと磁石４ｄから磁石４ｃで同じであってもよく、反対であってもよい。閉じ込められるソリトンの個数が変わり、例えば、Ｎ極からＳ極への向きが同じ場合は整数個のソリトンが閉じ込められ、Ｎ極からＳ極への向きが反対の場合は半整数個のソリトンが閉じ込められる。
なお、磁石４ａ〜４ｄはリソグラフィー技術を用いて微細磁性体を形成することにより設けることができる。また、磁石４ａ〜４ｄは、永久磁石であってもよい。
図１〜３に示した磁性体装置２０のようにこのような制限手段４を設けることができる。このことにより、磁性体部１に複数のソリトン閉じ込め領域９を形成することができる。
When the magnets 4a to 4d are provided in this way, a magnetic field directed from the north pole of the magnet 4b to the south pole of the magnet 4a can be applied to the magnetic body portion 1 to form the restricted region 11a. The restricted region 11b can be formed by applying a magnetic field toward the south pole of the magnet 4c to the magnetic body portion 1. Further, a soliton confinement region 9b can be formed between the restriction region 11a and the restriction region 11b.
In the restricted regions 11a and 11b, as shown in FIG. 5B, the magnetic moment of the chiral helical magnetic order is directed toward the direction of the magnetic field, so that the direction of the magnetic moment is fixed and the soliton 8 cannot propagate through the magnetic order. . Therefore, the soliton 8 of the magnetic order in the soliton confinement region 9b is confined in the region 9b and propagates within the magnetic order of the region 9b. In addition, the length of the chiral helical magnetic order in the region 9b in the direction of the helical axis is the same, and the range in which the soliton 8 can propagate is also the same. The direction from the N pole to the S pole may be the same for the magnet 4b to the magnet 4a and the magnet 4d to the magnet 4c, or may be opposite. The number of solitons to be confined changes. For example, when the direction from the N pole to the S pole is the same, an integer number of solitons are confined, and when the direction from the N pole to the S pole is opposite, a half integer number of solitons are confined. It is done.
The magnets 4a to 4d can be provided by forming a fine magnetic body using a lithography technique. Magnets 4a to 4d may be permanent magnets.
Such a restricting means 4 can be provided like the magnetic device 20 shown in FIGS. As a result, a plurality of soliton confinement regions 9 can be formed in the magnetic part 1.
図６（ａ）は、線状の磁石４（第１磁場印加部４）により生じる磁場を磁性体部１に印加する磁性体装置２０の概略部分断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の破線Ａ−Ａにおける磁性体装置２０の概略部分断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ｂ）に対応する磁性体部１のキラルらせん磁気秩序を示した模式図である。この磁性体装置２０では、線状の磁石４ａ、４ｂが間隔をおいて設けられ、磁石４ａ、４ｂはキラルらせん磁気秩序のらせん軸に対して９０度の方向に延びるように設けられている。また、線状の磁石４ａ、４ｂは、磁化方向が線状の磁石が延びる方向と同じ方向となるように形成されている。このような場合、磁石４ａ、４ｂにより図６（ａ）（ｂ）の矢印のような磁性体部１の面内方向と平行で、キラルらせん磁気秩序のらせん軸に対して９０度の方向に磁場が生じ、制限領域１１ａ、１１ｂを形成することができる。また、制限領域１１ａと制限領域１１ｂとの間にソリトン閉じ込め領域９ｂを形成することができる。磁石４ａ、４ｂのＮ極からＳ極への向きは平行であってもよく、反平行であってもよい。閉じ込められるソリトンの個数が変わり、例えば、Ｎ極からＳ極への向きが平行の場合は整数個のソリトンが閉じ込められ、Ｎ極からＳ極への向きが反平行の場合は半整数個のソリトンが閉じ込められる。
図６（ｃ）のように、制限領域１１ａ、１１ｂでは、磁気モーメントが磁場の方向に向かう磁気分極が生じるため磁気モーメントの方向が固定され磁気秩序をソリトン８が伝播できなくなる。従って、ソリトン閉じ込め領域９ｂ内の磁気秩序のソリトン８は、領域９ｂ内に閉じ込められ、領域９ｂの磁気秩序の範囲内で伝播することになる。
このような制限手段４を複数設けることにより、磁性体部１に複数のソリトン閉じ込め領域９を形成することができる。
FIG. 6A is a schematic partial cross-sectional view of a magnetic device 20 that applies a magnetic field generated by the linear magnet 4 (first magnetic field applying unit 4) to the magnetic unit 1, and FIG. 6 (a) is a schematic partial cross-sectional view of the magnetic device 20 taken along the broken line AA in FIG. 6 (a), and FIG. 6 (c) is a schematic diagram showing the chiral helical magnetic order of the magnetic body portion 1 corresponding to FIG. 6 (b). FIG. In the magnetic device 20, linear magnets 4a and 4b are provided at intervals, and the magnets 4a and 4b are provided so as to extend in a direction of 90 degrees with respect to the helical axis of the chiral helical magnetic order. The linear magnets 4a and 4b are formed so that the magnetization direction is the same as the direction in which the linear magnet extends. In such a case, the magnets 4a and 4b are parallel to the in-plane direction of the magnetic part 1 as shown by the arrows in FIGS. 6 (a) and 6 (b) and in the direction of 90 degrees with respect to the helical axis of the chiral helical magnetic order. A magnetic field is generated, and the restricted regions 11a and 11b can be formed. Further, a soliton confinement region 9b can be formed between the restriction region 11a and the restriction region 11b. The directions of the magnets 4a and 4b from the north pole to the south pole may be parallel or antiparallel. The number of confined solitons changes. For example, when the direction from the N pole to the S pole is parallel, an integer number of solitons are confined, and when the direction from the N pole to the S pole is antiparallel, a half integer number of solitons Is trapped.
As shown in FIG. 6C, in the restricted regions 11a and 11b, the magnetic moment is directed toward the direction of the magnetic field, so that the direction of the magnetic moment is fixed and the soliton 8 cannot propagate through the magnetic order. Therefore, the soliton 8 of the magnetic order in the soliton confinement region 9b is confined in the region 9b and propagates within the magnetic order of the region 9b.
By providing a plurality of such limiting means 4, a plurality of soliton confinement regions 9 can be formed in the magnetic part 1.
制限手段３は、磁性体部１に形成された結晶欠陥５又は結晶粒界５であってもよい。図７は、制限手段３として結晶欠陥５又は結晶粒界５を設けた磁性体装置２０の概略断面図である。結晶欠陥５又は結晶粒界５は、例えば、磁性体を結晶成長させる際に形成することができる。また、結晶欠陥５又は結晶粒界５は、キラルらせん磁気秩序の右巻き・左巻きを変換するように設けられてもよい。結晶欠陥５又は結晶粒界５を設けると、キラルらせん磁気秩序の連続性が途切れるため、結晶欠陥５又は結晶粒界５をソリトンは伝播できない。
結晶欠陥５又は結晶粒界５は、例えば、図７に示した磁性体装置２０のように間隔をおいて設けることができる。また、結晶欠陥５又は結晶粒界５は、磁性体のキラルらせん磁気秩序のらせん軸に垂直な面となるように設けることができる。このように結晶欠陥５又は結晶粒界５を設けることにより、隣接する２つの結晶欠陥５又は結晶粒界５の間にソリトン８が閉じ込められたソリトン閉じ込め領域９を形成することができる。
The limiting means 3 may be a crystal defect 5 or a crystal grain boundary 5 formed in the magnetic part 1. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a magnetic device 20 provided with crystal defects 5 or crystal grain boundaries 5 as the limiting means 3. The crystal defect 5 or the crystal grain boundary 5 can be formed, for example, when a magnetic material is crystal-grown. Further, the crystal defect 5 or the crystal grain boundary 5 may be provided so as to convert the right-handed / left-handed chiral chiral magnetic order. When the crystal defect 5 or the crystal grain boundary 5 is provided, the continuity of the chiral helical magnetic order is interrupted, so that the soliton cannot propagate through the crystal defect 5 or the crystal grain boundary 5.
For example, the crystal defects 5 or the crystal grain boundaries 5 can be provided at intervals as in the magnetic device 20 shown in FIG. The crystal defect 5 or the crystal grain boundary 5 can be provided so as to be a plane perpendicular to the helical axis of the chiral helical magnetic order of the magnetic material. By providing the crystal defect 5 or the crystal grain boundary 5 in this way, a soliton confinement region 9 in which the soliton 8 is confined between two adjacent crystal defects 5 or crystal grain boundaries 5 can be formed.
制限手段３は、磁性体部１に形成された溝６であってもよい。溝６は細長い形状を有することができる。図８は、制限手段３として溝６を設けた磁性体装置２０の概略断面図である。溝６は、例えば、磁性体部１をレーザー加工技術やリソグラフィー技術で加工することにより形成することができる。溝６の内部に充填物を設けてもよく設けなくてもよい。なお、充填物は、導電体であってもよく、半導体であってもよく、絶縁体であってもよい。
溝６は、例えば、図８に示した磁性体装置２０のように間隔をおいて設けることができる。また、溝６はキラルらせん磁気秩序のらせん軸に対して９０度の方向に延びるように設けることができる。このように溝６を設けることにより、隣接する２つの溝６の間の磁性体部１に細長い凸部（ソリトン閉じ込め領域９）を複数形成することができる。この凸部では、キラルらせん磁気秩序は溝６で途切れているため、凸部の磁気秩序のソリトン８は、凸部に閉じ込められる。
The restricting means 3 may be a groove 6 formed in the magnetic part 1. The groove 6 can have an elongated shape. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the magnetic device 20 provided with the grooves 6 as the limiting means 3. The groove 6 can be formed, for example, by processing the magnetic body portion 1 with a laser processing technique or a lithography technique. A filler may or may not be provided inside the groove 6. Note that the filler may be a conductor, a semiconductor, or an insulator.
The grooves 6 can be provided at intervals, for example, as in the magnetic device 20 shown in FIG. Moreover, the groove | channel 6 can be provided so that it may extend in the direction of 90 degree | times with respect to the helical axis of chiral helical magnetic order. By providing the grooves 6 in this way, a plurality of elongated protrusions (soliton confinement regions 9) can be formed in the magnetic body portion 1 between two adjacent grooves 6. In this convex part, since the chiral helical magnetic order is interrupted by the groove 6, the soliton 8 of the magnetic order of the convex part is confined in the convex part.
制限手段３は、磁性体部１に設けられた接続部７であってもよい。接続部７は、細長い形状を有することができる。接続部７は、複数の細長い磁性体部１を接続するように設けられてもよく、磁性体部１の細長い孔を充填するように設けられてもよい。図９は、制限手段３として接続部７を設けた磁性体装置２０の概略断面図である。接続部７は、例えば、レーザー加工技術やリソグラフィー技術により磁性体部１に細長い溝又は細長い孔を形成し、溝又は孔に充填物を充填することにより形成することができる。また、磁性体部１をリソグラフィー技術などにより分割し、分割された磁性体部１間に充填物を充填することにより形成することもできる。なお、接続部７は、導電体であってもよく、半導体であってもよく、絶縁体であってもよい。 The restricting means 3 may be a connection portion 7 provided in the magnetic body portion 1. The connecting portion 7 can have an elongated shape. The connecting portion 7 may be provided so as to connect a plurality of elongated magnetic body portions 1 or may be provided so as to fill the elongated holes of the magnetic body portion 1. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the magnetic device 20 provided with the connecting portion 7 as the limiting means 3. The connecting portion 7 can be formed, for example, by forming an elongated groove or elongated hole in the magnetic body portion 1 by a laser processing technique or a lithography technique and filling the groove or hole with a filler. Further, the magnetic body portion 1 can be formed by dividing the magnetic body portion 1 by a lithography technique or the like, and filling a filler between the divided magnetic body portions 1. Note that the connection portion 7 may be a conductor, a semiconductor, or an insulator.
接続部７は、例えば、図９に示した磁性体装置２０のように間隔をおいて設けることができる。また、接続部７はキラルらせん磁気秩序のらせん軸に対して９０度の方向に延びるように設けることができる。このように接続部７を設けることにより、隣接する２つの接続部７の間の磁性体部１に細長い部分（ソリトン閉じ込め領域９）を複数形成することができる。この細長い部分では、キラルらせん磁気秩序は接続部７で途切れているため、細長い部分の磁気秩序のソリトン８は、細長い部分に閉じ込められる。 The connection part 7 can be provided at intervals, for example, like the magnetic body device 20 shown in FIG. Further, the connecting portion 7 can be provided so as to extend in a direction of 90 degrees with respect to the helical axis of the chiral helical magnetic order. By providing the connection portion 7 in this way, a plurality of elongated portions (soliton confinement regions 9) can be formed in the magnetic body portion 1 between two adjacent connection portions 7. In this elongated portion, the chiral helical magnetic order is interrupted at the connection 7, so that the soliton 8 of the elongated portion's magnetic order is confined in the elongated portion.
ソリトン閉じ込め領域９のソリトン８は、制限手段３により制限された磁気秩序内を伝播するため、図１０のように、特定の周波数の交流電場、交流磁場、レーザー光などで位相コヒーレンスによりソリトン閉じ込め領域９に共鳴を生じさせることができる。このため、磁性体部１から電磁波を発振することが可能である。共鳴周波数は、次の数１のように表すことができる。ここで、Ｑ0、ａ0、ε0は、磁性体部１の物質パラメータであり、Ｎは、ソリトン閉じ込め領域９内のソリトン８の数であり、Ｋは閉じ込めの異方性エネルギーである。 Since the soliton 8 in the soliton confinement region 9 propagates in the magnetic order restricted by the restricting means 3, as shown in FIG. 10, the soliton confinement region is generated by phase coherence with an alternating electric field, alternating magnetic field, laser light, or the like having a specific frequency. 9 can be caused to resonate. For this reason, it is possible to oscillate electromagnetic waves from the magnetic part 1. The resonance frequency can be expressed as the following equation (1). Here, Q 0 , a 0 , and ε 0 are material parameters of the magnetic body portion 1, N is the number of solitons 8 in the soliton confinement region 9, and K is anisotropy energy of confinement.
例えば、図１に示した磁性体装置２０のように磁性体部１に接続した電極１２ａ、１２ｂを設けることや、図２に示した磁性体装置２０のように磁性体部１に全体的に磁場を印加する第２磁場印加部１４を設けることや、磁性体装置２０にレーザー光を照射する光源１６を設けることなどにより、特定の周波数の交流電場、交流磁場、レーザー光などでソリトン閉じ込め領域９に共鳴を生じさせることができる。また、電極１２により電場を印加した状態で、交流磁場を印加してもよく、レーザー光を照射してもよい。また、第２磁場印加部１４により磁場を印加した状態で、交流電場を印加してもよく、レーザー光を照射してもよい。
なお、共鳴周波数は数１に示した式のように変化するため、２つの制限手段３の間隔を変えソリトン閉じ込め領域９の幅を変えることによりソリトン閉じ込め領域９内のソリトン８の数を変化させることができ、共鳴周波数を変えることができる。このため、サブＧＨｚから数ＴＨｚまでの周波数で共鳴させ発振することが可能である。
For example, the electrodes 12a and 12b connected to the magnetic body portion 1 are provided as in the magnetic body device 20 shown in FIG. 1, or the magnetic body portion 1 is entirely disposed in the magnetic body device 20 as shown in FIG. By providing the second magnetic field applying unit 14 for applying a magnetic field, or by providing the magnetic device 20 with the light source 16 for irradiating laser light, a soliton confinement region with an alternating electric field, alternating magnetic field, laser light, or the like having a specific frequency. 9 can be caused to resonate. Further, an alternating magnetic field may be applied while an electric field is applied by the electrode 12, or laser light may be irradiated. In addition, an alternating electric field may be applied in a state where a magnetic field is applied by the second magnetic field applying unit 14, or laser light may be irradiated.
Since the resonance frequency changes as shown in Equation 1, the number of solitons 8 in the soliton confinement region 9 is changed by changing the interval between the two limiting means 3 and changing the width of the soliton confinement region 9. And the resonance frequency can be changed. For this reason, it is possible to resonate and oscillate at a frequency from sub-GHz to several THz.
ソリトン閉じ込め領域９のソリトン８は、制限手段３により制限された磁気秩序内で共振するため、特定の周波数の電磁波でソリトン閉じ込め領域９に共鳴を生じさせることができる。図１１のように、この共鳴によりソリトン８にスピン起電力を発生させることができ、この起電力を検出することにより特定の周波数の電力を発生させたり、特定の周波数の電磁波を受信することが可能である。スピン起電力は、例えば、磁性体部１に接続した電極１２ａ、１２ｂを用いて検出することができる。また、２つの制限手段３の間隔を変えることにより、サブＧＨｚから数ＴＨｚまでの周波数で共鳴させ電力を発生させたり電磁場を受信することが可能である。 Since the soliton 8 in the soliton confinement region 9 resonates in the magnetic order restricted by the restricting means 3, the soliton confinement region 9 can be resonated with an electromagnetic wave having a specific frequency. As shown in FIG. 11, a spin electromotive force can be generated in the soliton 8 by this resonance, and by detecting this electromotive force, power of a specific frequency can be generated or electromagnetic waves of a specific frequency can be received. Is possible. The spin electromotive force can be detected using, for example, the electrodes 12 a and 12 b connected to the magnetic body portion 1. Further, by changing the interval between the two limiting means 3, it is possible to resonate at a frequency from sub-GHz to several THz to generate electric power or receive an electromagnetic field.
また、第２磁場印加部１４により磁性体部１に全体的に直流の外部磁場を印加することによりソリトン閉じ込め領域９内のソリトン８の数を変化させることができる。例えば、図４（ｃ）〜（ｆ）のように、外部磁場の強さを変化させることにより、ソリトン８の数を変化させることができる。従って、外部磁場の強さを変化させることによりソリトン８の数を変化させることができ、数１で表される共鳴周波数を変えることができる。このため、サブＧＨｚから数ＴＨｚまでの電磁波を発振・受信・伝送することが可能である。また、外部磁場を変化させることにより、発振周波数又は受信周波数を変えることが可能である。 Moreover, the number of solitons 8 in the soliton confinement region 9 can be changed by applying a DC external magnetic field to the magnetic body 1 as a whole by the second magnetic field application unit 14. For example, as shown in FIGS. 4C to 4F, the number of solitons 8 can be changed by changing the strength of the external magnetic field. Therefore, the number of solitons 8 can be changed by changing the strength of the external magnetic field, and the resonance frequency expressed by Equation 1 can be changed. For this reason, it is possible to oscillate, receive, and transmit electromagnetic waves from sub-GHz to several THz. Further, the oscillation frequency or the reception frequency can be changed by changing the external magnetic field.
磁性体部１の複数のソリトン閉じ込め領域９は、キラルらせん磁気秩序に閉じ込められたソリトン８の数が実質的に同じとなるように形成される。制限手段３の間隔を同じにして複数のソリトン閉じ込め領域９を形成することにより、閉じ込められたソリトン８の数を実質的に同じにすることができる。なお、磁性体部１に含まれる少なくとも２つのソリトン閉じ込め領域９が、キラルらせん磁気秩序に閉じ込められたソリトン８の数が実質的に同じとなるように形成されればよく、磁性体部１に含まれるすべてのソリトン閉じ込め領域９がキラルらせん磁気秩序に閉じ込められたソリトン８の数が実質的に同じでなくてもよい。また、磁性体部１に含まれるすべてのソリトン閉じ込め領域９がキラルらせん磁気秩序に閉じ込められたソリトン８の数が実質的に同じであってもよい。
例えば、図１〜３、７〜９に示した磁性体装置２０のように、磁性体部１にソリトン閉じ込め領域９ａ〜９ｆを形成した場合、各ソリトン閉じ込め領域９の磁気秩序に閉じ込められたソリトン８の数が実質的に同じになるように同じ間隔で制限手段３が設けられる。
The plurality of soliton confinement regions 9 of the magnetic part 1 are formed so that the number of solitons 8 confined in the chiral helical magnetic order is substantially the same. By forming the plurality of soliton confinement regions 9 with the same spacing between the limiting means 3, the number of confined solitons 8 can be made substantially the same. The at least two soliton confinement regions 9 included in the magnetic body portion 1 may be formed so that the number of solitons 8 confined in the chiral helical magnetic order is substantially the same. The number of solitons 8 in which all contained soliton confinement regions 9 are confined in chiral helical magnetic order may not be substantially the same. Further, the number of solitons 8 in which all the soliton confinement regions 9 included in the magnetic body portion 1 are confined in the chiral helical magnetic order may be substantially the same.
For example, when the soliton confinement regions 9 a to 9 f are formed in the magnetic body 1 as in the magnetic device 20 shown in FIGS. 1 to 3 and 7 to 9, solitons confined in the magnetic order of each soliton confinement region 9. Limiting means 3 are provided at the same interval so that the number of 8 is substantially the same.
閉じ込められたソリトン８の数が実質的に同じであるソリトン閉じ込め領域９を磁性体部１に複数形成すると、複数のソリトン閉じ込め領域９を位相コヒーレンスにより同じ周波数で共鳴させることができる。従って、磁性体部１から電磁波を発振する場合、複数のソリトン閉じ込め領域９から同じ周波数の電磁波を発振させることができ、発振する信号を巨大化することができる。
また、磁性体部１により電磁波を受信する場合、複数のソリトン閉じ込め領域９からスピン起電力を生じさせることができ、信号を高効率に受信することができる。また、共鳴に伴い巨大なスピン起電力やコヒーレントスピン流を誘起できる。
When a plurality of soliton confinement regions 9 in which the number of confined solitons 8 are substantially the same are formed in the magnetic part 1, the plurality of soliton confinement regions 9 can be resonated at the same frequency by phase coherence. Therefore, when an electromagnetic wave is oscillated from the magnetic body part 1, an electromagnetic wave having the same frequency can be oscillated from the plurality of soliton confinement regions 9, and the oscillating signal can be enlarged.
Further, when electromagnetic waves are received by the magnetic part 1, spin electromotive force can be generated from the plurality of soliton confinement regions 9, and signals can be received with high efficiency. In addition, a giant spin electromotive force or coherent spin current can be induced along with the resonance.
また、閉じ込められたソリトン８の数が実質的に同じである複数のソリトン閉じ込め領域９が形成された磁性体部１に、第２磁場印加部１４により全体的に磁場を印加し磁場の強さを変化させると、磁性体部１のソリトン８の数を階段状に変化させることができ、磁性体部１の電気抵抗や光学応答を階段状に変化させることができる。この電気抵抗や光学応答の階段状の変化を利用することにより磁気デバイス（メモリ・センサ・論理素子）の多値化が可能である。
例えば、閉じ込められたソリトン８の数が１０であるソリトン閉じ込め領域９が磁性体部１に１０個形成されている場合、磁性体部１に外部磁場を印加し磁場の強さを徐々に強くしていくと、各領域９に閉じ込められたソリトンの数は、１０→９→８→７・・・と変化し磁性体部１全体のソリトンの数は、１００→９０→８０→７０・・・と変化する。従って、磁性体部１の電気抵抗や光学応答を階段状に変化させることができる。
Further, the magnetic field part 1 is entirely applied by the second magnetic field application part 14 to the magnetic body part 1 in which the plurality of soliton confinement regions 9 in which the number of confined solitons 8 is substantially the same is formed, and the strength of the magnetic field. , The number of solitons 8 of the magnetic body 1 can be changed stepwise, and the electrical resistance and optical response of the magnetic body 1 can be changed stepwise. By using this stepwise change in electrical resistance and optical response, the magnetic device (memory, sensor, logic element) can be multi-valued.
For example, when ten soliton confinement regions 9 having ten confined solitons 8 are formed in the magnetic body portion 1, an external magnetic field is applied to the magnetic body portion 1 to gradually increase the strength of the magnetic field. Then, the number of solitons confined in each region 9 changes as 10 → 9 → 8 → 7..., And the number of solitons in the entire magnetic body 1 is 100 → 90 → 80 → 70. And change. Therefore, the electrical resistance and optical response of the magnetic body 1 can be changed stepwise.
閉じ込められたソリトン８の数が実質的に同じである複数のソリトン閉じ込め領域９からなる組が磁性体部１に複数設けられ、各組において閉じ込められたソリトン８の数が異なってもよい。例えば、図１２に示した磁性体装置２０のように、ソリトン閉じ込め領域９ａ、９ｂからなる第１組２１と、ソリトン閉じ込め領域９ｃ、９ｄからなる第２組２２と、ソリトン閉じ込め領域９ｅ、９ｆとからなる第３組２３とを設けることができる。各組のソリトン閉じ込め領域９は、制限手段４の間隔が異なるために、閉じ込められたソリトン８の数が異なる。
このことにより、各組のソリトン閉じ込め領域９において異なる周波数で磁気共鳴を生じさせることができる。このため、複数の周波数で電磁波を発振・受信・伝送することが可能となる。
A plurality of sets of soliton confinement regions 9 in which the number of confined solitons 8 is substantially the same may be provided in the magnetic part 1, and the number of solitons 8 confined in each group may be different. For example, as in the magnetic device 20 shown in FIG. 12, a first set 21 including soliton confinement regions 9a and 9b, a second set 22 including soliton confinement regions 9c and 9d, and soliton confinement regions 9e and 9f A third set 23 can be provided. Each set of soliton confinement regions 9 is different in the number of confined solitons 8 because the distance between the limiting means 4 is different.
This allows magnetic resonance to occur at different frequencies in each set of soliton confinement regions 9. For this reason, it is possible to oscillate, receive, and transmit electromagnetic waves at a plurality of frequencies.
また、各組のソリトン閉じ込め領域９は、閉じ込められたソリトンの数が分布するように設けることができる。このことにより、各組のソリトン閉じ込め領域９において異なる周波数で磁気共鳴を生じさせることができる。このため、共鳴周波数を広範囲にわたって分布させることができ、広範囲にわたる電磁波を発振・受信することができるため、本実施形態の磁性体装置２０は、広帯域の電磁場・電力の受信機や検出器として機能することができる。
このような閉じ込められたソリトンの数が異なるソリトン閉じ込め領域９は、制限手段３の間隔を変えることや印加する外部磁場の大きさを局所的に変化させることにより形成することができる。
Each set of soliton confinement regions 9 can be provided so that the number of confined solitons is distributed. This allows magnetic resonance to occur at different frequencies in each set of soliton confinement regions 9. For this reason, since the resonance frequency can be distributed over a wide range and an electromagnetic wave over a wide range can be oscillated and received, the magnetic device 20 of the present embodiment functions as a receiver and detector for a wide-band electromagnetic field / power. can do.
The soliton confinement regions 9 having different numbers of confined solitons can be formed by changing the interval of the limiting means 3 or locally changing the magnitude of the external magnetic field to be applied.
電気抵抗測定１
磁気デバイスを作製し、磁性体部１の電気抵抗測定を行った。磁性体部１は、単結晶ＣｒＮｂ3Ｓ6磁性体を用いて形成した。また、ＣｒＮｂ3Ｓ6磁性体の磁気秩序のらせん軸方向に電流が流れるように電極対１２ａ、１２ｂを設けた。
図１３（ａ）は作製した磁気デバイスのＳＩＭ像である。
外部磁場を印加する磁場発生装置（第２磁場印加部１４）中に作製した磁気デバイスを設置し、外部磁場の強さを徐々に増加させ3500Ｏｅまで強くした後、外部磁場の強さを徐々に減少させ、この間の磁性体部１の電気抵抗を測定した。なお、測定電流は１ｍＡとした。
Electrical resistance measurement 1
A magnetic device was manufactured and the electrical resistance of the magnetic body 1 was measured. The magnetic part 1 was formed using a single crystal CrNb 3 S 6 magnetic substance. In addition, electrode pairs 12a and 12b are provided so that current flows in the direction of the helical axis of the magnetic order of the CrNb 3 S 6 magnetic material.
FIG. 13A is a SIM image of the manufactured magnetic device.
Install the magnetic device produced in the magnetic field generator (second magnetic field application unit 14) that applies an external magnetic field, gradually increase the strength of the external magnetic field to 3500 Oe, and then gradually increase the strength of the external magnetic field. The electrical resistance of the magnetic part 1 was measured during this period. The measurement current was 1 mA.
図１３（ｂ）は、電気抵抗測定の結果を示すグラフである。外部磁場を印加していない状態における磁性体部１の電気抵抗は約711ｍΩであり、外部磁場の強さを徐々に強くしていくと、電気抵抗は徐々に低下した。これは、外部磁場により磁性体部１のソリトン８の数が徐々に少なくなっていくためと考えられる。そして外部磁場の強さが2900Ｏｅ以上になると磁性体部１の電気抵抗は約707.5ｍΩで安定した。これは、外部磁場により磁性体部１が強磁性状態になったためと考えられる。また、外部磁場の強さを徐々に減少させていくと、外部磁場の大きさが2900Ｏｅ以下となっても電気抵抗は約707.5ｍΩで安定しており、磁性体部１は過飽和状態となった。これは強磁性状態が維持されるためと考えられる。そして、外部磁場の大きさが約2000Ｏｅ（臨界磁場Ｈc）になると、電気抵抗は、約709.5ｍΩとなりΔＲ＝２ｍΩだけ急激に増加した。外部磁場が臨界磁場Ｈcに達すると、磁性体部１が強磁性状態からソリトン格子に速く変化するためと考えられる。そして、外部磁場の大きさをさらに小さくしていくと、電気抵抗は徐々に上昇し、電気抵抗は約711ｍΩに戻った。このように、キラルらせん磁気秩序を示す磁性体では、外部磁場の変化に対する電気伝導特性の変化が履歴応答を示すことがわかった。
また、外部磁場の強さを増加させると、磁性体部１の電気抵抗は細かな階段状の変化がみられるもののほぼ滑らかに低下した。これは、磁性体部１のキラルらせん磁気秩序のソリトン８の数が多いためと考えられる。
FIG. 13B is a graph showing the results of electrical resistance measurement. The electric resistance of the magnetic body 1 in a state where no external magnetic field was applied was about 711 mΩ, and the electric resistance gradually decreased as the strength of the external magnetic field was gradually increased. This is presumably because the number of solitons 8 in the magnetic part 1 gradually decreases due to the external magnetic field. When the strength of the external magnetic field was 2900 Oe or more, the electric resistance of the magnetic body 1 was stabilized at about 707.5 mΩ. This is presumably because the magnetic body portion 1 became ferromagnetic due to the external magnetic field. In addition, when the strength of the external magnetic field was gradually decreased, the electric resistance was stable at about 707.5 mΩ even when the external magnetic field was 2900 Oe or less, and the magnetic part 1 became supersaturated. . This is probably because the ferromagnetic state is maintained. When the magnitude of the external magnetic field was about 2000 Oe (critical magnetic field H c ), the electrical resistance was about 709.5 mΩ and increased rapidly by ΔR = 2 mΩ. It is considered that when the external magnetic field reaches the critical magnetic field H c , the magnetic part 1 rapidly changes from the ferromagnetic state to the soliton lattice. As the magnitude of the external magnetic field was further reduced, the electrical resistance gradually increased and the electrical resistance returned to about 711 mΩ. Thus, it was found that in the magnetic material exhibiting the chiral helical magnetic order, the change in the electric conduction characteristic with respect to the change in the external magnetic field shows a hysteresis response.
Further, when the strength of the external magnetic field was increased, the electric resistance of the magnetic body portion 1 decreased almost smoothly although a fine step-like change was observed. This is presumably because the number of solitons 8 in the chiral helical magnetic order of the magnetic part 1 is large.
図１４（ａ）は、ＣｒＮｂ3Ｓ6磁性体に制限手段３である結晶粒界５を形成しソリトン閉じ込め領域９に２０つソリトン８を閉じ込めた磁性体のＳＩＭ像である。なお、結晶粒界５では、キラルらせん磁気秩序が右巻きから左巻きに変化する、又は左巻きから右巻きに変化する。
図１４（ｂ）は、外部磁場の強さを徐々に増加させ2300Ｏｅまで強くした後、外部磁場の強さを徐々に減少させた際の領域９に閉じ込められたソリトン８の数を示したグラフである。このようにソリトン閉じ込め領域９に２０つのソリトン８を閉じ込めると、ソリトンの数は外部磁場の変化に伴い階段的に変化する。また、領域９の電気抵抗や光学応答も外部磁場の変化に伴い階段的に変化すると考えられる。
FIG. 14A is a SIM image of a magnetic material in which the crystal grain boundary 5 as the limiting means 3 is formed in the CrNb 3 S 6 magnetic material and 20 solitons 8 are confined in the soliton confinement region 9. At the grain boundary 5, the chiral helical magnetic order changes from right-handed to left-handed or from left-handed to right-handed.
FIG. 14B is a graph showing the number of solitons 8 confined in the region 9 when the intensity of the external magnetic field is gradually increased to 2300 Oe and then the intensity of the external magnetic field is gradually decreased. It is. When 20 solitons 8 are confined in the soliton confinement region 9 in this way, the number of solitons changes stepwise with a change in the external magnetic field. In addition, it is considered that the electric resistance and optical response of the region 9 also change stepwise as the external magnetic field changes.
１：磁性体部 ３：制限手段 ４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ：第１磁場印加部、磁石 ５：結晶欠陥又は結晶粒界 ６：溝 ７：接続部 ８：ソリトン ９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ：ソリトン閉じ込め領域 １０：基板 １１：制限領域 １２、１２ａ、１２ｂ：電極、電極対 １４、１４ａ、１４ｂ：第２磁場印加部 １６：光源 ２０：磁性体装置 ２１：ソリトン閉じ込め領域の第１組 ２２：ソリトン閉じ込め領域の第２組 ２３：ソリトン閉じ込め領域の第３組 1: Magnetic body part 3: Limiting means 4, 4a, 4b, 4c, 4d: First magnetic field application part, magnet 5: Crystal defect or crystal grain boundary 6: Groove 7: Connection part 8: Soliton 9, 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f: Soliton confinement region 10: Substrate 11: Restriction region 12, 12a, 12b: Electrode, electrode pair 14, 14a, 14b: Second magnetic field application unit 16: Light source 20: Magnetic device 21: Soliton First set of confinement regions 22: Second set of soliton confinement regions 23: Third set of soliton confinement regions
Claims (7)
前記磁性体部は、２つの前記制限手段によりキラルらせん磁気秩序にソリトンが閉じ込められた複数の第１領域を有し、
複数の第１領域は、キラルらせん磁気秩序に閉じ込められたソリトンの数が実質的に同じであることを特徴とする磁性体装置。 A magnetic part including a magnetic body exhibiting a chiral helical magnetic order, and a plurality of limiting means for restricting the propagation of solitons in the chiral helical magnetic order,
The magnetic part has a plurality of first regions in which solitons are confined in a chiral helical magnetic order by the two limiting means,
The plurality of first regions have substantially the same number of solitons confined in the chiral helical magnetic order.
複数の第２領域は、キラルらせん磁気秩序に閉じ込められたソリトンの数が実質的に同じであり、
第１領域と第２領域は、閉じ込められたソリトンの数が異なる請求項１に記載の磁性体装置。 The magnetic body portion has a plurality of second regions in which solitons are confined in the chiral helical magnetic order by the two limiting means,
The plurality of second regions have substantially the same number of solitons confined in the chiral helical magnetic order;
The magnetic device according to claim 1, wherein the first region and the second region have different numbers of confined solitons.
第１領域に閉じ込められたソリトンの共鳴を利用する高周波デバイス。 The magnetic body device according to any one of claims 1 to 6, comprising:
A high-frequency device that utilizes resonance of solitons confined in a first region.
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