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強磁性金属における電界誘起磁化反転に関する研究

Research Project

Project/Area Number 12J02212
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

金井 駿  東北大学, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012 – 2015-03-31
Project Status Declined (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2012: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords電界誘起磁化反転 / 垂直磁化容易 / コバルト / 鉄 / ホウ素 / 酸化マグネシウム / 磁気トンネル接合 / スピントロニクス
Research Abstract

電界誘起磁化反転は、磁性層を電極として有するキャパシタ構造素子に電圧を印加し、磁化容易軸方向を一時的に切り替えることにより磁化が歳差運動を行うことを利用した磁化反転手法である。1年目で実証したこの電界誘起磁化反転時に付随する様々な現象について深く理解することを目指した。電界誘起磁化反転の確率が熱擾乱により乱される過程を、単磁区を仮定した計算機シミュレーションにより再現し、磁化歳差過程における熱擾乱の影響が磁化反転の制御性を悪化させる(過程が確率的になる)ことを明らかにした。歳差運動過程における熱擾乱の影響を直接測定するため、磁化方向に依存する磁気トンネル接合の抵抗変化により反射率が変化することを利用して、ナノ秒程度の時間領域で電界により誘起される磁化の歳差運動の様子を測定した。素子抵抗と接合面積の積と、素子サイズの最適化を行うことにより、検出信号強度を向上し、ナノ・メートルサイズの磁性体の1回の試行での電界誘起磁化歳差を世界で初め七実時間観測した。測定結果から、電界印加時間の経過につれての歳差運動振幅の減衰は10ナノ秒程度まで殆ど見られないが、歳差運動の位相の試行ごとの分散が著しく大きく、多数回の試行の結果を平均する確率測定では見かけの振動振幅が減衰することを明らかにした。この結果は、微小磁気デバイスの磁化ダイナミクスを理解する上で重要な知見となる。電界誘起磁化反転は磁化歳差運動を利用するという特性上、電圧制御時にオーバー・ドライブできないという原理的欠点があり、この克服のためにスピン注入磁化反転を併用する新しい磁化反転手法を提案した。提案手法を用い、スピン注入磁化反転による磁化反転よりも高速かつ低消費電力で、電界誘起磁化反転よりも電圧制御マージンが広い磁化反転を実証した。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (21 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Electric Field Induced Magnetization Switching in CoFeB-MgO - Static Magnetic Field Angle Dependence -2014

    • Author(s)
      Shun Kanai, Michihiko Yamanoichi, Shoji Ikeda, Yoshinobu Nak atani, Fumihiro Matsukura, and Hideo Ohno
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Magnetism

      Volume: 50 Issue: 1 Pages: 1-3

    • DOI

      10.1109/tmag.2013.2278559

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Size Dependence of Magnetic Properties of Nanoscale CoFeB-MgO Magnetic Tunnel Junctions with Perpendicular Magnetic Easy A-xis Observed by Ferromagnetic Resonance2013

    • Author(s)
      K. Mizunuma, et. al.
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 6 Issue: 6 Pages: 063002-063002

    • DOI

      10.7567/apex.6.063002

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] In-plane magnetic field dependence of electric field-induced magnetization switching2013

    • Author(s)
      Shun Kanai, Michihiko Yamanouchi, Shoji Ikeda, Yoshinobu Nakatani, Fumihiro Matsukura, and Hideo Ohno
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 103 Issue: 7 Pages: 72408-72408

    • DOI

      10.1063/1.4818676

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electric field-induced magnetization reversal in a perpendicular-anisotropy CoFeB-MgO magnetic tunnel junction2012

    • Author(s)
      Shun Kanai, Michihiko Yamanouchi, Shoji Ikeda, Yoshinobu Nakatani, Fumihiro Matsukura, and Hideo Ohno
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 101 Issue: 12

    • DOI

      10.1063/1.4753816

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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Observation of boron diffusion in an annealed Ta/CoFeB/MgO magnetic tunnel junction with standing-wave hard x-ray photoemission2012

    • Author(s)
      A. A. Greer, A.X. Gray, Shun Kanai, A. M. Kaiser, S. Ueda, Y. Yamashita, C. Bordel, G. Palsson, N. Maejima, S.-H. Yang, G. Conti, K. Kobayashi, Shoji Ikeda, Fumihiro Matsukura, Hideo Ohno, C. M. Schneider, J. B. Kortright, F. Hellman, and C. S. Fadley
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 101 Issue: 20 Pages: 202402-202402

    • DOI

      10.1063/1.4766351

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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] RECENT PROGRESS OF PERPENDICULAR ANISOTROPY MAGNETIC TUNNEL JUNCTIONS FOR NONVOLATILE VLSI2012

    • Author(s)
      Shoji Ikeda, Hideo Sato, Michihiko Yamanouchi, Huadong Gan, Katsuya Miura, Kotaro Mizunuma, Shun Kanai, Shunsuke Fukami, Fumihiro Matsukura, Naoki Kasai, Hideo Ohno
    • Journal Title

      SPIN

      Volume: 2 Issue: 03 Pages: 1240003-1240003

    • DOI

      10.1142/s2010324712400036

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      2012 Annual Research Report
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  • [Presentation] 電界誘起磁化ダイナミクスの実時間観測2014

    • Author(s)
      金井 駿, 仲谷栄伸, 山ノ内路彦, 池田正二, 松倉文礼, 大野英男
    • Organizer
      2014年春季第61回応用物理関係連合講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学
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      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Magnetization switching by two successive voltage pulses2014

    • Author(s)
      S. Kanai, H. Sato, M. Yamanouchi, S. Ikeda, Y. Nakatani, F. Matsukura. and H. Ohno
    • Organizer
      2014年春季第61回応用物理関係連合講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学
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  • [Presentation] Temperature dependence of electric-field effect on magnetic properties of Ta/CoFeB/MgO structures investigated by ferromagnetic resonance2014

    • Author(s)
      A. Okada, S. Kanai, M. Yamanouchi, S. Ikeda, F. Matsukura, H. Ohno
    • Organizer
      2014年春季第61回応用物理関係連合講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Ferromagnetic resonance spectra of CoFeB-MgO magnetic tunnel junctions measured by homodyne detection2014

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      E. Hirayama, S. Kanai, K. Sato, M. Yamanouchi, H. Sato, S. Ikeda, F. Matsukura, and H. Ohno
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      2014年春季第61回応用物理関係連合講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 不揮発性集積回路応用に向けたCoFeB-MgO磁気トンネル接合の開発状況2013

    • Author(s)
      池田正二, 佐藤英夫, 山ノ内路彦, 深見俊輔, 水沼広太朗, 金井駿, 石川慎也, 松倉文礼, 笠井直記, 大野英男
    • Organizer
      独立行政法人 日本学術振興会 先端ナノデバイス・材料テクノロジー第151委員会 平成25年度第1回研究会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2013-05-09
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Electric-Field Induced Magnetization Switching in CoFeB-MgO with Different Magnetic Field Angles2013

    • Author(s)
      Shun Kanai, Michihiko Yamanouchi, Shoji Ikeda, Yoshinobu Nakatani, Fumihiro Matsukura, and Hiden Ohno
    • Organizer
      2013 International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications (ISAMMA 2013)
    • Place of Presentation
      Taichung, Taiwan
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 電界誘起磁化歳差運動の実時間測定2013

    • Author(s)
      金井駿, 山ノ内路彦, 池田正二, 仲谷栄伸, 松倉文礼, 大野英男
    • Organizer
      2013年第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 強磁性共鳴によって検出したTa-CoFeB-MgO接合における磁気特性の電界効果の膜厚依存性2013

    • Author(s)
      岡田 篤, 金井 駿, 山ノ内路彦, 池田正二, 松倉文礼, 大野英男
    • Organizer
      2013年第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Ta/CoFeB/MgO構造における磁気特性の電界効果の強磁性共鳴による検出2013

    • Author(s)
      岡田 篤, 金井 駿, 山ノ内路彦, 池田正二, 松倉文礼, 大野英男
    • Organizer
      第32回電子材料シンポジウム(EMS32)
    • Place of Presentation
      ラフォーレ琵琶湖
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Temperature dependence of electric-field effects on magnetic anisotropies in Ta-CoFeB-MgO2013

    • Author(s)
      Atsushi Okada, Shun Kanai, Michihiko Yamanouchi, Shoji Ikeda, Fumihiro Matsukura, and Hideo Ohno
    • Organizer
      第18回半導体スピン工学の基礎と応用 ; PASPS (Physics and ApplicationsofSpin-related Phenomenain Semiconductors)
    • Place of Presentation
      福岡
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] CoFeB-MgO接合における電界誘起磁化スイッチングの磁界角度依存性2013

    • Author(s)
      金井駿、山ノ内路彦、池田正二、仲谷栄伸、松倉文礼、大野英男
    • Organizer
      2013年春季第60回応用物理関係連合講演会
    • Place of Presentation
      厚木
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Magnetization Switching in CoFeB/MgO by Electric Fields2013

    • Author(s)
      S. Kanai, M. Yamanouchi, S. Ikeda, Y. Nakatani, F. Matsukura, and H. Ohno
    • Organizer
      The 10^<th> RIEC International Workshop on Spintronics
    • Place of Presentation
      Sendai
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Measurement of magnetic properties in CoFeB-MgO p-MTJs by ferromagnetic resonance with homodyne detection technique2013

    • Author(s)
      K. Mizunuma, M. Yamanouchi, H. Sato, S. Ikeda, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
    • Organizer
      The 10^<th> RIEC International Workshop on Spintronics
    • Place of Presentation
      Sendai
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Magnetic Field Angle Dependence of the Probabilities of Electric-Field Induced Magnetization Switching2013

    • Author(s)
      S. Kanai, M. Yamanouchi, S. Ikeda, Y. Nakatani, F. Matsukura, and H. Ohno
    • Organizer
      The 11^<th> RIEC International Workshop on Spintronics
    • Place of Presentation
      Sendai
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Electric Field-induced Magnetization Switching in COFeB2013

    • Author(s)
      F Matsukura, S. Kanai, M. Yamanouchi, S. Ikeda, Y. Nakatani, and H. Ohno
    • Organizer
      The 11^<th> RIEC International Workshop on Spintronics
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      Sendai(招待講演)
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 垂直磁気異方性CoFeB-MgO接合における電界誘起磁化反転2012

    • Author(s)
      金井駿、山ノ内路彦、池田正二、松倉文礼、大野英男
    • Organizer
      2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
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      松山
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] CoFeB-MgO垂直磁化容易磁気トンネル接合における強磁性共鳴のホモダイン検出2012

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      水沼広太朗、山ノ内路彦、佐藤英夫、池田正二、金井駿、松倉文礼、大野英男
    • Organizer
      2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      松山
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 垂直磁化CoFeB-MgO接合における電界誘起磁化反転2012

    • Author(s)
      金井駿、山ノ内路彦、池田正二、仲谷栄伸、松倉文礼、大野英男
    • Organizer
      第17回半導体スピン工学の基礎と応用 ; PASPS(Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors)
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      福岡
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Electric-field induced magnetization switching in CoFeB-MgO with perpendicular anisotropy2012

    • Author(s)
      S. Kanai. M. Yamanouchi, S. Ikeda, F. Matsukura, and H. Ohno
    • Organizer
      the 21th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces (ICMFS)
    • Place of Presentation
      Shanghai, china
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Ferromagnetic resonance by means of homodyne detection technique in CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions with perpendicular easy axis2012

    • Author(s)
      K. Mizunuma, M. Yamanouchi, H. Sato, S. Ikeda, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
    • Organizer
      the 21th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces (ICMFS)
    • Place of Presentation
      Shanghai, china
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Magnetization Reversal of CoFeB Induced by the Application of Electric Fields2012

    • Author(s)
      R Matsukura, S. Kanai, M. Yamanouchi, S. Ikeda, Y. Nakatani, and H. Ohno
    • Organizer
      WPI-AIMIR workshop Topological Functional Materials and Devices
    • Place of Presentation
      Sendai(招待講演)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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