強磁性メゾスコピック系におけるスピン依存伝導ダイナミクス

• Project/Area Number: 13J04229
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)(実験)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 田中 崇大 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 磁気渦 / 強磁性体 / メゾスコピック / トンネル磁気抵抗素子 / 電流雑音

Outline of Annual Research Achievements

一般に強磁性体は、静磁エネルギー、磁気異方性エネルギー、交換エネルギーによって決まる自由エネルギーが最小になるように磁気構造をとる。サブマイクロスケールの強磁性体の円盤では、交換エネルギーと静磁エネルギーの競合の結果、磁気構造は渦状になることが知られている。この渦の中心では、垂直磁化成分を持つ微小領域（磁気コア）が現れる。この磁気コアの向きを磁気渦の極性と呼び、磁場によって制御することが可能である。本研究はこの極性の反転の電気的検出を目的として行った。
本研究では、磁気渦の極性を検出する方法として2次元電子系に作製されたマイクロキャビティの磁気抵抗に注目した。マイクロキャビティ内を伝導する電子は、キャビティ内を何度も行き来することで磁気コアからの漏れ磁場の影響を強く受けることが期待される。磁気コアからの漏れ磁場によるマイクロキャビティの抵抗変化を電気的に検出することで、磁気渦の極性が検出できると期待される。今回2次元電子系にマイクロキャビティを作製し、その直上にパーマロイの磁気円盤を作り込んだ。その試料の磁気抵抗を測定を行った。測定は希釈冷凍機中で行った。その結果、磁気抵抗にヒステリシスが見られた。しかし、そのヒステリシスは超電導マグネットによるものが大きく、磁気渦の極性反転によるヒステリシスを検出することができなかった。マグネットによるヒステリシスを取り除くことが今後の課題である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Anomalous behavior of 1/f noise in graphene near the charge neutrality point (2016)
  • Author(s): Shunpei Takeshita, Sadashige Matsuo, Takahiro Tanaka, Shu Nakaharai, Kazuhito Tsukagoshi, Takahiro Moriyama, Teruo Ono, Tomonori Arakawa, and Kensuke Kobayashi
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 108 Issue: 10 Pages: 103106-103106
  • DOI: 10.1063/1.4943642
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Edge Mixing Dynamics in Graphene p-n Junctions in the Quantum Hall Regime (2015)
  • Author(s): Sadashige Matsuo, Shunpei Takeshita, Takahiro Tanaka, Shu Nakaharai, Kazuhito Tsukagoshi, Takahiro Moriyama, Teruo Ono, and Kensuke Kobayashi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 6 Issue: 1 Pages: 8066-8066
  • DOI: 10.1038/ncomms9066
  • NAID: 120005743658
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Leak current estimated from the shot noise in magnetic tunneling junctions (2014)
  • Author(s): T. Tanaka, T. Arakawa, M. Maeda, K. Kobayashi, Y. Nishihara, T. Ono, T. Nozaki, A. Fukushima, S. Yuasa
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 105 Issue: 4
  • DOI: 10.1063/1.4891556
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Avalanche electron bunching in Corbino disk in quantum Hall effect breakdown regime (2014)
  • Author(s): K. Chida, T. Hata, T. Arakawa, S. Matsuo, Y. Nishihara, T. Tanaka, T. Ono, and K. Kobayashi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 89 Issue: 23
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.235318
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Observation of finite excess noise in the voltage-biased quantum Hall regime as a precursor for breakdown (2013)
  • Author(s): Kensaku Chida, Tomonori Arakawa, Sadashige Matsuo, Yoshitaka Nishihara, Takahiro Tanaka, Daichi Chiba, Teruo Ono, Tokuro Hata, Kensuke Kobayashi, Tomoki Machida
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 87 Issue: 15
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.155313
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Leak Current Contribution in Epitaxial Fe/MgO/Fe Magnetic Tunneling Junctions Determined by Shot Noise Measurement (2015)
  • Author(s): Takahiro Tanaka, Tomonori Arakawa, Masahiro Maeda, Teruo Ono, Kensuke Kobayashi, Takayuki Nozaki, Akio Fukushima, Shinji Yuasa
  • Organizer: International Symposium on Material Sciences (ISMS2015)
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2015-11-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] グラフェン薄膜における1/f雑音の測定 (2015)
  • Author(s): 竹下俊平, 松尾貞茂, 田中崇大, 中払周, 塚越一仁, 森山貴広, 小野輝男, 小林研介
  • Organizer: 日本物理学2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学千里山キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] Bias-voltage-dependent 1/f noise in graphene device (2015)
  • Author(s): Shunpei Takeshita, Sadashige Matsuo, Takahiro Tanaka, Shu Nakaharai, Kazuhito Tsukagoshi, Takahiro Moriyama, Teruo Ono, Kensuke Kobayashi
  • Organizer: 21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2015-07-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] バリスティック検出器を用いた磁気渦コアの極性検出の可能性 (2015)
  • Author(s): 田中崇大、河村智哉、荒川智紀、田辺賢士、小林研介、山田啓介、仲谷栄伸、小野輝男
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 東京都新宿区早稲田大学早稲田キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] グラフェンp-n接合における1/f雑音の測定 (2015)
  • Author(s): 竹下俊平、松尾貞茂、田中崇大、中払周、塚越一仁、森山貴広、小野輝男、小林研介
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 東京都新宿区早稲田大学早稲田キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] Leak Current Contribution in Epitaxial Fe/MgO/Fe Magnetic Tunneling Junctions Determined by Shot Noise Measurement (2014)
  • Author(s): Takahiro Tanaka, Tomonori Arakawa, Masahiro Maeda, Kensuke Kobayashi, Yoshitaka Nishihara, Teruo Ono, Takayuki Nozaki, Akio Fukushima, Shinji Yuasa
  • Organizer: The 1st International Symposium Interactive Materials Science Cadet Program
  • Place of Presentation: Hotel Hankyu Expo Park , Osaka, Japan
  • Year and Date: 2014-11-16 – 2014-11-19
• [Presentation] Avalanche electron bunching in a Corbino disk in Quantum Hall Effect Breakdown (2014)
  • Author(s): Tokuro Hata, Takahiro Tanaka, Tomonori Arakawa, Kenji Tanabe, Kensuke Kobayashi
  • Organizer: The 1st International Symposium Interactive Materials Science Cadet Program
  • Place of Presentation: Hotel Hankyu Expo Park , Osaka, Japan
  • Year and Date: 2014-11-16 – 2014-11-19
• [Presentation] 超高移動度量子細線における電流雑音の増大の観測 (2014)
  • Author(s): 西原禎孝、小野輝男、荒川智紀、田辺賢士、田中崇大、則元将太、小林研介、Thomas Ihn、Clemens Rossler、Klaus Ensslin
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道札幌市北海道大学札幌キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Shot noise in graphene pn junction in quantum Hall regime (2014)
  • Author(s): Shunpei Takeshita、 Sadashige Matsuo、 Takahiro Tanaka、 Shu Nakaharai、 Kazuhito Tsukagoshi、 Takahiro Moriyama、 Teruo Ono、 Kensuke Kobayashi
  • Organizer: 4th Summer School on Semiconductor/Superconducting Quantum Coherence Effects and Quantum Information
  • Place of Presentation: Hotel Sun valley Nasu、 Tochigi、 Japan
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] SQUIDを用いた磁気渦の極性反転検出の試み (2014)
  • Author(s): 田中崇大、荒川智紀、田辺賢士、小林研介、小野輝男
  • Organizer: 日本物理学2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 愛知県春日井市中部大学春日井キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] 高移動度二次元電子系に作製された量子細線における電流揺らぎの測定II (2014)
  • Author(s): 西原禎孝、小野輝男、荒川智紀、田辺賢士、田中崇大、則元将太、小林研介、Thomas Ihn、Clemens Rossler、Klaus Ensslin
  • Organizer: 日本物理学2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 愛知県春日井市中部大学春日井キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] グラフェンpn接合における伝導度測定とショット雑音の試み (2014)
  • Author(s): 竹下俊平、松尾貞茂、田中崇大、中払周、塚越一仁、森山貴広、小野輝男、小林研介
  • Organizer: 日本物理学2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 愛知県春日井市中部大学春日井キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] Precise Shot Noise Measurement in a Clean Quantum Point Contact (2014)
  • Author(s): Yoshitaka Nishihara, Teruo Ono, Tomonori Arakawa, Takahiro Tanaka, Shota Norimoto, Kensuke Kobayashi, Thomas Ihn, Clemens Rössler, Klaus Ensslin
  • Organizer: the 32nd International Conference on Physics of Semiconductors (ICPS2014)
  • Place of Presentation: The Austin Convention Center, Austin, Texas, USA
  • Year and Date: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [Presentation] Leak Current Contribution in Epitaxial Fe/MgO/Fe Magnetic Tunneling Junctions Determined by Shot Noise Measurement (2014)
  • Author(s): Takahiro Tanaka, Tomonori Arakawa, Masahiro Maeda, Yoshitaka Nishihara, Teruo Ono, Kensuke Kobayashi, Takayuki Nozaki, Akio Fukushima, Shinji Yuasa
  • Organizer: International Magnetics Conference (INTERMAG 2014)
  • Place of Presentation: The International Congress Center Dresden, Dresden, Germany
  • Year and Date: 2014-05-04 – 2014-05-08
• [Presentation] トンネル磁気抵抗素子におけるショット雑音の膜厚依存性II (2014)
  • Author(s): 田中崇大, 荒川智紀, 前田正博, 西原禎孝, 小野輝男, 小林研介, 野崎隆行, 福島章雄, 湯浅新治
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス
  • Year and Date: 2014-03-28
• [Presentation] バリスティック検出器を用いた磁気渦コアの極性検出の試み (2013)
  • Author(s): 田中崇大、荒川智紀、田辺賢士、小林研介、小野輝男
  • Organizer: 日本物理会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス
  • Year and Date: 2013-09-26
• [Presentation] Barrier Thickness Dependence of the Shot Noise in the Epitaxial Fe/MgO/Fe Magnetic Tunneling Junctions (2013)
  • Author(s): Takahiro Tanaka, Tomonori Arakawa, Kensaku Chida, Yoshitaka Nishihara, Daichi Chiba, Teruo Ono, Masahiro Maeda, Kensuke Kobayashi, Takayuki Nozaki, Akio Fukushima, Shinji Yuasa
  • Organizer: The 8th International Symposium on Metallic Multilayers
  • Place of Presentation: 京都リサーチパーク
  • Year and Date: 2013-05-20