東北大学研究者紹介

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コダマ　トシユキ

児玉　俊之

Toshiyuki Kodama

所属

高度教養教育・学生支援機構　教学共創推進センター

職名

特任助教（研究）

学位

博士（理学）（奈良先端科学技術大学院大学）
修士（理学）（奈良先端科学技術大学院大学）

researchmap

https://researchmap.jp/tkdm

J-GLOBAL ID

202201009665047570

ORCID

https://orcid.org/0000-0002-2588-520X

経歴 3

2022年4月～継続中

東北大学　高度教養教育・学生支援機構　特任助教（研究）
2017年4月～ 2022年3月

ナルックス株式会社
2015年4月～ 2017年3月

独立行政法人日本学術振興会　特別研究員DC2

学歴 3

奈良先端科学技術大学院大学　物質創成科学研究科

2014年4月～ 2017年3月
奈良先端科学技術大学院大学　物質創成科学研究科

2012年4月～ 2014年3月
神戸大学　工学部　電気電子工学科

2008年4月～ 2012年3月

研究キーワード 5

光物性
スピントロニクス
カイラリティ
磁性
メタマテリアル

研究分野 2

自然科学一般 / 半導体、光物性、原子物理 / メタマテリアル
ナノテク・材料 / 応用物性 / メタマテリアル

受賞 5

基礎・材料・共通部門優秀論文発表賞

2023年9月　一般社団法人電気学会　時間変調メタマテリアルに向けた透磁率変調
Best Presentation Award

2016年2月　2016 Thailand-Japan Microwave　Nonreciprocal Microwave Transmission of a Magneto Chiral Metamolecule
奨励賞

2014年2月　応用物理学会関西支部平成25年度第3回講演会　強磁性金属カイラルメタ分子の作製とスピン波共鳴
最優秀ポスター賞

2013年10月　応用物理学会関西支部平成25年度第2回講演会　強磁性金属カイラルメタ分子の作製とスピン波共鳴
NCTU Prize

GIST/NAIST/NCTU joint symposium on advanced materials 2014　Spin-wave resonance in arrays of chiral meta-molecules of ferromagnetic-metal

論文 16

Microwave One-way Transparency by Large Synthetic Motion of Magnetochiral Polaritons in Metamolecules

Kentaro Mita, Toshiyuki Kodama, Toshihiro Nakanishi, Tetsuya Ueda, Kei Sawada, Takahiro Chiba, Satoshi Tomita

2025年3月28日

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We observe microwave one-way transparency via ultrastrongly-coupled magnetochiral polaritons (MChPs) in a metamolecule with simultaneous breaking of time-reversal and space-inversion symmetries at room temperature. The experimental results are reproduced well via numerical simulations. Effective polarizability tensor analyses of the simulation results verify that the one-way transparency is traced back to massive synthetic motion of MChPs. This study paves a way to hybrid quantum systems and synthetic gauge fields using metamaterials.
Magnetic Permeability Time-varying Metamaterials at Microwave Frequencies

Toshiyuki Kodama, Nobuaki Kikuchi, Takahiro Chiba, Seigo Ohno, Satoshi Okamoto, Satoshi Tomita

2025年3月6日

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We demonstrate magnetic permeability time-varying metamaterials at GHz frequencies using ferromagnetic permalloy (Ni80Fe20; Py). We observe frequency up and down conversion of 4 GHz microwaves through the metamaterials, which is caused by the temporal modulation of permeability in the Py layer. Moreover, the efficiency of the up-conversion to a higher frequency is much larger than that of the down conversion to a lower frequency. These experimental results are reproduced well via numerical calculation, verifying that the significant up-conversion efficiency is traced back to nonlinear magnetization dynamics in the metamaterials. The present study opens a door to microwave sources toward the 6th-generation mobile communication system, four-dimensional metamaterials with spatio-temporal modulation, and nonlinear spintronics.
Pure moving optical media consisting of magnetochiral metasurfaces 査読有り

Toshiyuki Kodama, Toshihiro Nakanishi, Kei Sawada, Satoshi Tomita

Optical Materials Express　14　(11)　2499-2513　2024年11月1日

DOI： 10.1364/ome.535115 　

ISSN：2159-3930

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<jats:p>We report on numerical studies of microwave bianisotropies by magnetochiral (MCh) metasurfaces consisting of double Z-type gammadions with perpendicularly magnetized substrates. The metasurfaces’ effective polarizability tensor, extracted from calculated reflection and transmission coefficients, has components of the non-reciprocal moving-type bianisotropy as well as the reciprocal chiral-type bianisotropy and non-reciprocal magneto-optical (MO) effect. The combination of the metasurfaces with contraposition MCh metasurfaces cancels both the chiral-type bianisotropy and MO effect, resulting in pure moving optical media. An achieved perfect transmission with a phase difference of <jats:italic toggle="yes">π</jats:italic> realizes an ideal gyrator for arbitrary spatial and polarization modes.</jats:p>
Direct observation of current-induced nonlinear spin torque in Pt-Py bilayers 査読有り

Toshiyuki Kodama, Nobuaki Kikuchi, Takahiro Chiba, Satoshi Okamoto, Seigo Ohno, Satoshi Tomita

Physical Review B　109　(21)　2024年6月13日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevb.109.214419 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969
Fabrication and characterization of delay lines with spoof surface plasmon polariton waveguide coupled with C-shaped metamaterials for microwave integrated circuits 査読有り

Minh Van Nguyen, Nobuaki Kikuchi, Toshiyuki Kodama, Taiyu Okatani, Naoki Inomata, Yoshiaki Kanamori

Japanese Journal of Applied Physics　2024年2月13日
出版者・発行元： IOP Publishing
DOI： 10.35848/1347-4065/ad2917 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065

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Abstract Here, we proposed two delay lines consisting of spoof Surface Plasmon Polariton (sSPP) waveguides and C-shaped metamaterials (C-MMs). The delay lines, namely OFF and ON devices, were designed and fabricated. On the OFF device, an sSPP waveguide is capacitively coupled to the C-MMs via an air gap on a high-resistivity silicon substrate. On the ON device, a connection is established between the C-MMs and the sSPP waveguide by metal connectors. The difference in the electrical properties in the coupling between the C-MMs and the sSPP waveguide creates a large phase contrast between the ON and OFF delay lines. The structural design was performed using a numerical calculation based on a commercial finite element solver. We successfully fabricated and characterized delay lines with phase differences equal to tens of degrees between the ON and OFF devices in the target frequency range of 2-6 GHz, while maintaining the original transmittance properties. The promising applications of the delay lines are a phase shifter or modulator when integrating with suitable switches.
時間変調磁性メタマテリアルに向けたスピン流誘起透磁率変調の評価査読有り

児玉俊之, 菊池伸明, 岡本聡, 大野誠吾, 冨田知志

日本磁気学会論文特集号　8　(1)　15-23　2024年1月

DOI： 10.20819/msjtmsj.24TR810 　
Spin-Current-Driven Permeability Variation for Time-Varying Magnetic Metamaterials 査読有り

Toshiyuki Kodama, Nobuaki Kikuchi, Satoshi Okamoto, Seigo Ohno, Satoshi Tomita

Physical Review Applied　19　(4)　2023年4月26日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevapplied.19.044080 　

eISSN：2331-7019
Spin-current Driven Magnetic Meta-atoms for Time-varying Permeability

Renya Shimizu, Toshiyuki Kodama, Nobuaki Kikuchi, Satohsi Okamoto, Seigo Ohno, Satoshi Tomita

2023 IEEE International Magnetic Conference - Short Papers, INTERMAG Short Papers 2023 - Proceedings　2023年

DOI： 10.1109/INTERMAGShortPapers58606.2023.10228282 　
Permeability Control of Ferromagnetic Wires for Time-varying Spintronic Metamaterials

Toshiyuki Kodama, Nobuaki Kikuchi, Satoshi Okamoto, Seigo Ohno, Satoshi Tomita

2023 IEEE International Magnetic Conference - Short Papers, INTERMAG Short Papers 2023 - Proceedings　2023年

DOI： 10.1109/INTERMAGShortPapers58606.2023.10228637 　
Microwave Spectroscopy of a Single Permalloy Chiral Metamolecule on a Coplanar Waveguide 査読有り

Toshiyuki Kodama, Yusaku Kusanagi, Satoshi Okamoto, Nobuaki Kikuchi, Osamu Kitakami, Satoshi Tomita, Nobuyoshi Hosoito, Hisao Yanagi

PHYSICAL REVIEW APPLIED　9　(5)　2018年5月

DOI： 10.1103/PhysRevApplied.9.054025 　

ISSN：2331-7019
Enhanced magneto-optical Kerr effects in Py/Ag/Bi trilayers 査読有り

Patricia Riego, Satoshi Tomita, Kaoru Murakami, Toshiyuki Kodama, Nobuyoshi Hosoito, Hisao Yanagi, Andreas Berger

JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS　50　(19)　2017年5月

DOI： 10.1088/1361-6463/aa69f9 　

ISSN：0022-3727

eISSN：1361-6463
Ferromagnetic Resonance of a Single Magnetochiral Metamolecule of Permalloy 査読有り

Toshiyuki Kodama, Satoshi Tomita, Takeshi Kato, Daiki Oshima, Satoshi Iwata, Satoshi Okamoto, Nobuaki Kikuchi, Osamu Kitakami, Nobuyoshi Hosoito, Hisao Yanagi

PHYSICAL REVIEW APPLIED　6　(2)　2016年8月

DOI： 10.1103/PhysRevApplied.6.024016 　

ISSN：2331-7019
Fabrication and ferromagnetic resonance of cobalt chiral meta-molecule arrays 査読有り

Toshiyuki Kodama, Satoshi Tomita, Nobuyoshi Hosoito, Hisao Yanagi

APPLIED PHYSICS A-MATERIALS SCIENCE & PROCESSING　122　(1)　2016年1月

DOI： 10.1007/s00339-015-9564-7 　

ISSN：0947-8396

eISSN：1432-0630
Lifetime reduction of a quantum emitter with quasiperiodic metamaterials 査読有り

Yuto Moritake, Kazuyuki Nakayama, Toshihiro Suzuki, Hiroyuki Kurosawa, Toshiyuki Kodama, Satoshi Tomita, Hisao Yanagi, Teruya Ishihara

PHYSICAL REVIEW B　90　(7)　2014年8月

DOI： 10.1103/PhysRevB.90.075146 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969
Enhancement of upconversion luminescence of Er and Yb co-doped Y2O3 nanoparticle by Ag half-shell 査読有り

Toshiyuki Kodama, Minoru Fujii, Taishi Nakano, Kenji Imakita, Shinji Hayashi

OPTICAL MATERIALS　35　(12)　2394-2399　2013年10月

DOI： 10.1016/j.optmat.2013.06.040 　

ISSN：0925-3467

eISSN：1873-1252
Manipulation of spontaneous emission with quasi-periodic metamaterials 査読有り

K. Nakayama, Y. Moritake, T. Suzuki, H. Kurosawa, T. Kodama, S. Tomita, H. Yanagi, T. Ishihara

Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics, CLEO - Technical Digest　2013年

DOI： 10.1109/CLEOPR.2013.6599960

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MISC 8

時間変調メタマテリアルの研究開発

冨田知志, 児玉俊之

会報光触媒　76　24-31　2025年5月
出版者・発行元：光機能材料研究会
時間変調磁性メタマテリアルを用いたマイクロ波周波数変換

児玉俊之, 菊池伸明, 岡本聡, 岡本聡, 大野誠吾, 冨田知志, 冨田知志

応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　85th　2024年

ISSN： 2758-4704
磁気カイラルメタマテリアルでの超強結合非相反マグノンポラリトン

冨田知志, 冨田知志, 三田健太郎, 児玉俊之, 上田哲也, 中西俊博, 澤田桂, 千葉貴裕, 千葉貴裕

日本物理学会講演概要集(CD-ROM)　79　(2)　2024年

ISSN： 2189-079X
マイクロ波の周波数変換に向けた透磁率時間変調メタマテリアル

児玉俊之, 菊池伸明, 岡本聡, 岡本聡, 大野誠吾, 冨田知志, 冨田知志

日本磁気学会学術講演概要集　48th　2024年

ISSN： 1882-2959
磁気カイラルメタ分子でのエレクトロマグノンポラリトンの観測

三田健太郎, 児玉俊之, 上田哲也, 中西俊博, 澤田桂, 千葉貴裕, 千葉貴裕, 冨田知志, 冨田知志

日本物理学会講演概要集(CD-ROM)　79　(2)　2024年

ISSN： 2189-079X
メタマテリアル,メタサーフェス-微細構造と光の相互作用時間変調磁性メタマテリアルの実現に向けて

児玉俊之, 冨田知志

光技術コンタクト　62　(6)　2024年

ISSN： 0913-7289
時間変調メタマテリアルに向けたNiFe細線のスピン流誘起透磁率制御

児玉俊之, 菊池伸明, 岡本聡, 岡本聡, 大野誠吾, 冨田知志, 冨田知志

応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　70th　2023年

ISSN： 2758-4704
時間変調メタマテリアルに向けたスピン流注入によるCo細線の透磁率制御

清水蓮也, 児玉俊之, 菊池伸明, 岡本聡, 岡本聡, 大野誠吾, 冨田知志, 冨田知志

応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　70th　2023年

ISSN： 2758-4704

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講演・口頭発表等 21

磁気カイラルメタ分子における超強結合マグノン-ポラリトン

三田健太郎, 児玉俊之, 千葉貴裕, 安田秀史, 元田侑希, 上田哲也, 冨田知志, 冨田知志

応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　2025年1月17日
Nonlinear Variation in Permeability Towards Time-varying Metamaterials

T. Kodama, N. Kikuchi, T. Chiba, S. Okamoto, S. Ohno, S. Tomita

Metamaterials 2024　2024年9月11日
Towards time-varying magnetic metamaterials 招待有り

Toshiyuki Kodama, Nobuaki Kikuchi, Satoshi Okamoto, Seigo Ohno, Satoshi Tomita

The 8th A3 Metamaterials Forum (2024)　2024年7月24日
Observation of Current-induced Nonlinear Spin Torque in Pt-Py Bilayers

Toshiyuki Kodama, Nobuaki Kikuchi, Takahiro Chiba, Satoshi Okamoto, Seigo Ohno, Satoshi Tomita

The 22nd International Conference on Magnetism (ICM2024)　2024年7月5日
磁気カイラルメタ分子での超強結合非相反マグノンポラリトンの観測

冨田知志, 冨田知志, 三田健太郎, 児玉俊之, 上田哲也, 中西俊博, 澤田桂, 千葉貴裕, 千葉貴裕

日本磁気学会学術講演概要集　2024年
磁気カイラルメタマテリアルでの超強結合非相反マグノンポラリトン

冨田知志, 冨田知志, 三田健太郎, 児玉俊之, 上田哲也, 中西俊博, 澤田桂, 千葉貴裕, 千葉貴裕

日本物理学会講演概要集(CD-ROM)　2024年
マイクロ波の周波数変換に向けた透磁率時間変調メタマテリアル

児玉俊之, 菊池伸明, 岡本聡, 岡本聡, 大野誠吾, 冨田知志, 冨田知志

日本磁気学会学術講演概要集　2024年
磁気カイラルメタ分子でのエレクトロマグノンポラリトンの観測

三田健太郎, 児玉俊之, 上田哲也, 中西俊博, 澤田桂, 千葉貴裕, 千葉貴裕, 冨田知志, 冨田知志

日本物理学会講演概要集(CD-ROM)　2024年
Permeability Control of Ferromagnetic Wires for Time-varying Spintronic Metamaterials

T. Kodama, N. Kikuchi, S. Okamoto, S. Ohno, S. Tomita

IEEE INTERMAG 2023　2023年5月18日
時間変調磁性メタマテリアルを目指したスピン流駆動透磁率変化

児玉俊之, 菊池伸明, 岡本聡, 岡本聡, 大野誠吾, 冨田知志, 冨田知志

日本物理学会講演概要集(CD-ROM)　2023年
時間変調メタマテリアルに向けたスピン流誘起透磁率制御

児玉俊之, 菊池伸明, 岡本聡, 岡本聡, 大野誠吾, 冨田知志, 冨田知志

電子情報通信学会技術研究報告(Web)　2023年
時間変調メタマテリアルに向けたスピン注入透磁率制御

児玉俊之, 清水蓮也, 菊池伸明, 岡本聡, 岡本聡, 大野誠吾, 冨田知志, 冨田知志

日本磁気学会学術講演概要集　2023年
Py/Pt二層膜におけるスピントルク強磁性共鳴での非線形効果

児玉俊之, 菊池伸明, 千葉貴裕, 岡本聡, 岡本聡, 大野誠吾, 冨田知志, 冨田知志

応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　2023年
マイクロ波領域での磁気カイラルメタ表面

冨田知志, 冨田知志, 児玉俊之, 中西俊博, 澤田桂, 澤田桂

応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　2023年
時間変調メタマテリアルに向けたNiFe細線のスピン流誘起透磁率制御

児玉俊之, 菊池伸明, 岡本聡, 岡本聡, 大野誠吾, 冨田知志, 冨田知志

応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　2023年
時間変調メタマテリアルに向けたスピン流注入によるCo細線の透磁率制御

清水蓮也, 児玉俊之, 菊池伸明, 岡本聡, 岡本聡, 大野誠吾, 冨田知志, 冨田知志

応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　2023年
透磁率時間変調メタマテリアルを用いたマイクロ波の周波数変換

児玉俊之, 黒澤裕之, 大野誠吾, 菊池伸明, 畑山正寿, 岡本聡, 岡本聡, 冨田知志, 冨田知志

日本磁気学会学術講演概要集　2022年
時間変調メタマテリアルに向けた磁性体の透磁率制御

児玉俊之, 黒澤裕之, 大野誠吾, 菊池伸明, 畑山正寿, 岡本聡, 岡本聡, 冨田知志, 冨田知志

応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)　2022年
時間変調メタマテリアルに向けた透磁率変調

児玉俊之, 黒澤裕之, 大野誠吾, 菊池伸明, 畑山正寿, 岡本聡, 岡本聡, 冨田知志, 冨田知志

電気学会研究会資料(Web)　2022年
磁気カイラルメタ分子の電気伝導特性招待有り

児玉俊之, 冨田知志, 細糸信好, 柳久雄

電子情報通信学会総合大会(2017)　2017年3月24日
Nonreciprocal microwave transmission through a single metamolecule with magnetism and chirality on coplanar waveguide

T. Kodama, S. Okamoto, N. Kikuchi, O. Kitakami, S. Tomita, N. Hosoito, H. Yanagi

Metamaterials 2016　2016年9月20日

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共同研究・競争的資金等の研究課題 3

人工フェリ/反強磁性メタ表面によるテラヘルツ光の非相反伝搬

児玉俊之

2023年4月1日～ 2026年3月31日
金属カイラルメタ分子の作製と磁気共鳴に関する研究

児玉俊之

2015年4月～ 2017年3月

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平成２８年度は強磁性金属のマイクロコイル構造におけるマイクロ波応答の観測と電気伝導特性の評価を行った。磁気カイラル効果の実験的観測のため、平行伝送線路を用いたマイクロ波分光を行った。同様の装置を用いて単一マイクロコイルでの信号を得ることには既に成功しているが、今回観測を目指す磁気カイラル効果の観測へ向けて、平行伝送線路のパターニングの改良と、平行伝送線路に平行に外部磁場を加える電磁石を新たに測定装置に組み込んだ。測定の結果、我々の作製した強磁性金属マイクロコイルにおいて、マイクロ波の伝搬方向に依存した非相反性を示唆する結果が得られた。線路に対するマイクロコイルの位置に依存して、非相反性が出現することも明らかとなった。非相反性の主な原因としてエッジガイドモードによるものが考えられた。さらには磁気カイラル効果によるものと期待できる測定結果も得られた(T.Kodama et al., submitted.)。これまでの電磁波における非相反性に加えて、電気伝導特性の評価を行った。これは電流に対する磁気カイラル効果が発現することを期待して行ったものである。ナノプローブを用いた４端子測定法を採用し、強磁性金属マイクロ構造に外部磁場を印加しながら測定を行った。電流電圧特性を評価したところ、磁場の方向またはコイルの巻き方向に依存した抵抗の変化が確認された。一方でその変化量は非常に小さく、電流に対する磁気カイラル効果の存在を積極的に主張するには至らなかった。原因としては外部磁場の印加方法や測定装置のノイズが挙げられる。今後改良を加えた測定が行われる予定である。
磁気カイラルメタ物質を用いた光に対する人工的ゲージ場の創成

冨田知志, 上田哲也, 澤田桂, 児玉俊之

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Nara Institute of Science and Technology

2014年4月～ 2017年3月

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磁性とカイラリティが共存した天然物質を超える人工構造物質（磁気カイラルメタ物質）を作製した。そしてマイクロ波測定による実験と光のベリー位相理論の両面から、光にとっての「磁場」など人工的ゲージ場の実現に迫った。単一メタ分子での増強及び巨大磁気カイラル効果を発見した。磁気カイラルメタ物質のマイクロ波透過パターンを測定した。カイラルメタ物質では円偏光の軌道分裂が観測され、シュテルン・ゲルラッハ実験の光版と解釈できた。高周波化を目指し、応力誘起自己巻き上げ法を用いてミクロンサイズの磁気カイラルメタ分子を作製し、磁化と強磁性共鳴を調べた。分光磁気光学エリプソメトリーのマイクロ波帯への応用を試みた。