スピン輸送現象を利用した反強磁性体磁化の検出と制御

• Project/Area Number: 17J07666
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied materials
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小田 研人 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: スピントロニクス / 反強磁性体 / スピン流 / XMLD / SMR / 電気測定 / 磁気メモリ

Outline of Annual Research Achievements

近年、非磁性重金属中に対して十分に大きな磁場を印加すると、その印加角度に応じて電気抵抗が変化するハンレ磁気抵抗効果(HMR)が報告された。HMRは、スピンホール効果により界面に誘起されたスピン蓄積が、ハンレ効果によって歳差運動することにより生じる効果である。すると、金属中のスピン蓄積が拡散される方向が変化するため、その見かけ上の電気抵抗は変化する。これまで、HMRは白金（Pt）を始めとした様々な重金属中で観測されたものの、その温度依存性は調査されていない。今回、我々はHMRの温度依存性を測定し、その挙動について考察を行った。
磁気相転移温度を118 Kにもつ反強磁性体酸化マンガン(II)基板上に膜厚5 nmのPt薄膜を蒸着し、素子加工した。まず、素子抵抗の磁場依存性を測定した。系の温度が120 Kのとき、電流方向の磁場印加によって電気抵抗は磁場強度の増大とともに増大し、次第に飽和する挙動を示した。一方、スピン分極方向の磁場印加による電気抵抗変化は観測されなかった。一連の実験結果はHMRにより説明することができる。これら2つの電気抵抗率変化の差分をΔρ1と定義し、試料の電気抵抗率ρを用いてその磁気抵抗比をΔρ1/ρと定義した。
次にこの素子を用いて120 Kから300 Kの温度範囲で磁気抵抗効果の温度依存性を測定した。今回得られたΔρ1/ρを磁場や抵抗率の関数で表現し、それをHMRの理論式を用いてフィッティングを行った。その際各々のパラメータの温度依存性を反映するように理論式の展開を行った。フィッティングシミュレーションを行った結果、得られたスピンホール角や電子の拡散効率は妥当な値となった。したがって、HMRの温度依存性はこれらの物理量が温度に依存することにより説明できる。故に、HMRを介したPtのスピン流源としての物性や膜質などの材料特性を調査できることが明らかになった。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Temperature dependence of spin Hall magnetoresistance across the N?el temperature of CoO (2020)
  • Author(s): Oda Kent、MORIYAMA Takahiro、Kimata Motoi、Kasukawa Shuhei、ONO Teruo
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 59 Issue: 1 Pages: 010908-010908
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab6505
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetoresistance in Bilayers of Heavy Metal and Non-collinear Antiferromagnet (2019)
  • Author(s): Oda K.、Moriyama T.、Ono T.
  • Journal Title: Journal of the Magnetics Society of Japan Volume: 43 Issue: 1 Pages: n/a
  • DOI: 10.3379/msjmag.1901R001
  • NAID: 130007542367
  • ISSN: 1882-2924, 1882-2932
  • Year and Date: 2019-01-01
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Choking Nonlocal Magnetic Damping in Exchange-Biased Ferromagnets (2019)
  • Author(s): Moriyama Takahiro、Oda Kent、Ono Teruo
  • Journal Title: Physical Review Applied Volume: 11 Issue: 1 Pages: 011001-011001
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.11.011001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spin current transmission in polycrystalline NiO films (2018)
  • Author(s): Ikebuchi Tetsuya、Moriyama Takahiro、Mizuno Hayato、Oda Kent、Ono Teruo
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 11 Issue: 7 Pages: 073003-073003
  • DOI: 10.7567/apex.11.073003
  • NAID: 210000136282
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spin torque control of antiferromagnetic moments in NiO (2018)
  • Author(s): Moriyama Takahiro、Oda Kent、Ohkochi Takuo、Kimata Motoi、Ono Teruo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 14167-14167
  • DOI: 10.1038/s41598-018-32508-w
  • NAID: 120006818698
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-dimensional visualization of magnetic domain structure with strong uniaxial anisotropy via scanning hard X-ray microtomography (2018)
  • Author(s): Motohiro Suzuki1, Kab-Jin Kim, Sanghoon Kim, Hiroki Yoshikawa, Takayuki Tono, Kihiro T. Yamada, Takuya Taniguchi, Hayato Mizuno, Kent Oda, Mio Ishibashi, Yuushou Hirata, Tian Li, Arata Tsukamoto, Daichi Chiba, and Teruo Ono
  • Journal Title: Appl. Phys. Express Volume: 11 Issue: 3 Pages: 036601-036601
  • DOI: 10.7567/apex.11.036601
  • NAID: 120006466610
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Magnetic Moment Orientation-Dependent Spin Dissipation in Antiferromagnets (2017)
  • Author(s): Moriyama Takahiro、Kamiya Michinari、Oda Kent、Tanaka Kensho、Kim Kab-Jin、Ono Teruo
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 119 Issue: 26 Pages: 267204-267204
  • DOI: 10.1103/physrevlett.119.267204
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Temperature dependence of spin Hall magnetoresistance across the Neel temperature of CoO (2020)
  • Author(s): K.Oda,T.Moriyama,M.Kimata,S.Kasukawa,andT.Ono
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 重金属/秩序化したMn3Ir中の磁気抵抗効果 (2019)
  • Author(s): K.Oda、T.Moriyama、T.Ono
  • Organizer: 日本応用物理学会
• [Presentation] スピンホール効果によるCoOの磁化のスピントルク制御 (2018)
  • Author(s): 小田研人、森山貴広、飯野達也、池渕徹也、小野輝男
  • Organizer: 2018日本物理学会年次大会
• [Presentation] 非磁性/反強磁性金属接合における磁気抵抗効果 (2017)
  • Author(s): 小田研人、森山貴広、小野輝男
  • Organizer: 2017日本物理学会秋季大会
• [Presentation] Magnetoresistance in nonmagnetic/antiferromagnetic metal bilayers (2017)
  • Author(s): Kent Oda, Takahiro Moriyama, and Teruo Ono
  • Organizer: 62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 反強磁性体におけるスピントルク効果を実証 ～反強磁性体スピントロニクス素子への応用に期待～
  • URL: https://www.kuicr.kyoto-u.ac.jp/sites/topics/171229/