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逆ぺロブスカイト型強磁性窒化物細線における磁壁物性の横断的研究

Research Project

Project/Area Number 16J02879
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

具志 俊希  筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2018: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2017: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
KeywordsMn4N / 電流駆動磁壁移動 / スピン移行トルク / フェリ磁性体 / 垂直磁化幕 / スピントロニクス / スピントロニクス材料 / スピントランスファートルク / 強磁性窒化物 / 磁壁デバイス / 磁気力顕微鏡
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、レアメタル・レアアース・貴金属フリーな次世代磁性材料として、フェリ磁性金属である窒化マンガンMn4Nに注目し、その細線デバイスにおける磁気特性の評価を行った。STO基板上に成長したMn4N薄膜を電子線リソグラフィとアルゴンイオンミリングを用いて幅1μmの細線に加工した。作製したデバイスにはパルス電流を注入し、その前後でのKerr効果顕微鏡像の差分から磁壁の移動を観察した。その結果、長さ1 nsのパルスに対する磁壁移動のしきい値電流は約3×10^11 A/m^2であり、平均磁壁速度は最大で1.3×10^12 A/m^2の電流で900 m/s以上まで及んだ。特に大電流領域における磁壁速度の線形的な振る舞いは後述する1次元モデルのそれと一致し、傾きから磁壁の移動度はη = Δv/Δj = 7.1×10^-10 m^3/Cと求まった。この値は、人工反強磁性積層膜における電流駆動での磁壁の最高速度である、3×10^12 A/m^2 での750 m/sと比べても低電流密度ながら高速であり、積層構造や磁場のアシストを含まない純粋なSTTのみで磁壁移動した例としては最速である。また、使用したMn4N薄膜の物性値を磁壁の移動度の理論式に代入したところ、電気伝導度のスピン分極率は約80 %と推定され、本材料の持つ磁気抵抗デバイスへの応用も期待できる結果となった。
本研究では、現在の電流駆動磁壁移動の研究で主流となっているTbやGdといったレアアース、Ptといった貴金属元素を用いることなく、またスピン軌道トルクを用いることなく900 m/sを超える高速での磁壁駆動を、1.3×10^12 A/m2という比較的小さい電流密度で実現した。また、磁壁速度の傾向からスピン分極率も80 %と期待され、Mn4Nが持つスピントロニクス材料としてのポテンシャルを示すことができた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] Spintec, CEA/Institut Neel, CNRS(フランス)

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      2018 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] CEA/CNRS/グルノーブル・アルプ大学(フランス)

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      2017 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] 原子力・ 代替エネルギー庁 (CEA)(フランス)

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      2016 Annual Research Report
  • [Journal Article] Millimeter-sized magnetic domains in perpendicularly magnetized ferrimagnetic Mn4N thin films grown on SrTiO32018

    • Author(s)
      Toshiki Gushi, Laurent Vila, Olivier Fruchart, Alain Marty, Stefania Pizzini, Jan Vogel, Fumiya Takata, Akihito Anzai, Kaoru Toko, Takashi Suemasu and Jean-Philippe Attane
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 57 Pages: 120310-120310

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Structural characterization and magnetic properties of L10-MnAl films grown on different underlayers by molecular beam epitaxy2018

    • Author(s)
      Takata Fumiya、Gushi Toshiki、Anzai Akihito、Toko Kaoru、Suemasu Takashi
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 486 Pages: 19-23

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2018.01.008

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Epitaxial growth and magnetic properties of Fe4-xMnxN thin films grown on MgO(001) substrates by molecular beam epitaxy2018

    • Author(s)
      Anzai Akihito、Takata Fumiya、Gushi Toshiki、Toko Kaoru、Suemasu Takashi
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 489 Pages: 20-23

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2018.02.037

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrical detection of magnetic domain wall in Fe4N nanostrip by negative anisotropic magnetoresistance effect2016

    • Author(s)
      T. Gushi, K. Ito, S. Higashikozono, F. Takata, H. Oosato, Y. Sugimoto, K. Toko, S. Honda, T. Suemasu
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 120 Issue: 11 Pages: 113903-113903

    • DOI

      10.1063/1.4962721

    • NAID

      120007129353

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Growth and magnetic properties of epitaxial Fe4N films on insulators possessing lattice spacing near Si(001) plane2016

    • Author(s)
      K. Ito, S. Higashikozono, F. Takata, T. Gushi, K. Toko, and T. Suemasu
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 455 Pages: 66-70

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Controlling magnetic domain wall positions with an external magnetic field and a low spin-polarized current in chamfered L-shaped ferromagnetic thin ribbons2016

    • Author(s)
      S. Honda, D. Yamamoto, T. Ohsawa, T. Gushi, K. Ito, and T. Suemasu
    • Journal Title

      Journal of Physics D: Applied Physics

      Volume: 49 Issue: 38 Pages: 385002-385002

    • DOI

      10.1088/0022-3727/49/38/385002

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Domain wall properties and spin transfer torque in perpendicularly magnetized Mn4N ferrimagnet thin films2018

    • Author(s)
      T. Gushi, L. Vila, J. P. Attane, O. Fruchart, A. Marty, S. Pizzini, F. Takata, A. Anzai and T. Suemasu
    • Organizer
      IEEE International Magnetic Conference 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Large STT-driven domain wall velocities in perpendicularly magnetized Mn4N ferrimagnetic thin films2018

    • Author(s)
      T. Gushi, M. Klug, L. Vila, J. Ph. Attane, F. Takata, A. Anzai, T. Suemasu and S. Pizzini
    • Organizer
      The 9th Joint European Magnetic Symposia Conference 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] UltrafastSTT-driven domainwall motion in Mn4N microstrips2018

    • Author(s)
      T. Gushi, L. Vila, J. P. Attane, O. Fruchart, A. Marty, S. Pizzini, J. Vogel, M. Klug, J. Pena-Garcia, A. Anzai, T.Komori and T. Suemasu
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of spin-transfer properties in ferrimagnetic Mn4N nanowires2018

    • Author(s)
      Toshiki Gushi, Laurent Vila, Jean-Philippe Attane, Olivier Fruchart, Alain Marty, Stefania Pizzini, Jan Vogel, Fumiya Takata, Akihito Anzai, and Takashi Suemasu
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Domain wall properties and spin transfer torque in perpendicularly magnetized Mn4N ferrimagnet thin films2018

    • Author(s)
      T. Gushi, L. Vila, J. P. Attane, O. Fruchart, A. Marty, S. Pizzini, F. Takata, A. Anzai and T. Suemasu
    • Organizer
      IEEE International Magnetics Conference 2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Magnetic properties of perpendicularly magnetized Mn4N thin films deposited on MgO and STO substrates, for current-induced domain-wall motion devices2017

    • Author(s)
      T. Gushi, L. Vila, J. P. Attane, O. Fruchart, A. Marty, S. Pizzini, F. Takata, A. Anzai and T. Suemasu
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Millimeter sized magnetic domains in perpendicularly magnetized ferrimagnetic Mn4N thin films2017

    • Author(s)
      T. Gushi, L. Vila, A. Marty, O. Fruchart, F. Takata, A. Anzai, T. Suemasu and J. P. Attane
    • Organizer
      18e Colloque Louis Neel
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fe4N強磁性細線中の磁壁における抵抗変化の検出2016

    • Author(s)
      具志俊希
    • Organizer
      第39回光通信研究会
    • Place of Presentation
      富士Calm人材開発センター富士研修所, 山梨, 富士吉田
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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