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内部電界を活用した強磁性金属/重金属構造のスピン軌道トルク

Research Project

Project/Area Number 19J21938
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 29010:Applied physical properties-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

長谷川 顕登  東京大学, 工学(系)研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords一方向性磁気抵抗 / スピン流 / スピン軌道トルク / ラシュバ効果 / 極性 / 交換バイアス
Outline of Research at the Start

本研究の主題であるスピン軌道トルクとは、酸化物/強磁性体/重金属の超薄膜接合素子に面内電流を印加した際に強磁性層の磁化に作用するトルクのことであり、磁気メモリの新規書き込み技術として期待されている。スピン軌道トルクの起源の一つとして、強磁性層界面の有効的な内部電場に起因したラシュバ効果が提案されている。本研究では酸化物層に強誘電体を用いることで酸化物/強磁性体界面に巨大な内部電場を導入し、界面ラシュバ効果に由来したトルクの増大を図る。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、一方向性磁気抵抗効果とラシュバ型スピン軌道トルクの研究を並行して行った。
一方向性スピンホール磁気抵抗の起源は未だ統一的な理解に至っていない。今回、フェリ磁性合金において、スピン依存散乱の符号が磁化補償点で反転することに着目し、重金属/フェリ磁性合金構造における一方向性磁気抵抗を測定した。その結果、補償点組成・補償温度前後での符号反転が確認された。これは一方向性スピンホール磁気抵抗におけるスピン依存散乱の重要性を示しており、起源解明に資する成果である。
上記含め、一方向性磁気抵抗におけるスピン流の生成には、これまで専ら非磁性体のスピンホール効果が利用されてきた。そこで今回、強磁性体中でプレーナーホール効果と同じ対称性で生成されるスピン流を、一方向性磁気抵抗効果で検出することを試みた。その結果、NiFeが生成するスピン流により、プレーナーホール効果と同じ角度依存性で一方向性磁気抵抗効果が生じることを見出した。理論モデルと対比することで、NiFeにおけるスピン流生成効率が、Ptのスピンホール効果に匹敵するほど巨大であることを明らかにした。本成果によって、非磁性体に加え強磁性体からのスピン流も一方向性磁気抵抗で検出可能であると示され、電流-スピン流変換現象の新奇開拓がより一層加速すると期待される。
3種の材料を順に積層した構造におけるスピン軌道トルクの調査も行った。具体的には、Pt/Co/NiもしくはNi/Co/Ptの順に積層した試料のトルクを測定した。その結果、両構造ではトルクの符号が逆になること、さらに積層回数に対してトルクの大きさが単調に増加することが分かった。これらは、積層順に応じた内部電場方向の逆転と、界面数の増加に伴う結果と考えられ、ラシュバ効果によるトルク生成の描像と合致する。本成果は、スピン軌道トルク生成におけるラシュバ効果の重要性を示唆するものである。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Current-induced perpendicular magnetization switching without external magnetic field in gate-induced asymmetric structure2021

    • Author(s)
      Hasegawa Kento、Koyama Tomohiro、Chiba Daichi
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 119 Issue: 20 Pages: 202402-202402

    • DOI

      10.1063/5.0070987

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Modification of interfacial spin-orbit torque in Co/Pt/oxide hybrid structures2021

    • Author(s)
      Hirai Takamasa、Hasegawa Kento、Ota Shinya、Suzuki Motohiro、Koyama Tomohiro、Chiba Daichi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 104 Issue: 13 Pages: 134401-134401

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.134401

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhanced unidirectional spin Hall magnetoresistance in a Pt/Co system with a Cu interlayer2021

    • Author(s)
      K. Hasegawa, T. Koyama, and D. Chiba
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 103 Issue: 2

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.l020411

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Strain-induced cooling-heating switching of anisotropic magneto-Peltier effect2021

    • Author(s)
      T. Hirai, H. Amin, K. Hasegawa, T. Koyama, R. Iguchi, T. Ohkubo, D. Chiba, and K. Uchida
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 118 Issue: 2 Pages: 022403-022403

    • DOI

      10.1063/5.0034858

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Voltage control of spin?orbit torque in Pd/Co/Pd/HfO x2020

    • Author(s)
      Hirai Takamasa、Hibino Yuki、Hasegawa Kento、Kohda Makoto、Koyama Tomohiro、Chiba Daichi
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 13 Issue: 12 Pages: 123005-123005

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abcd71

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spin-orbit precession effect in a Py/Pt/Co tri-layer structure detected by ferromagnetic resonance2020

    • Author(s)
      Hibino Yuki、Moriyama Takahiro、Hasegawa Kento、Koyama Tomohiro、Ono Teruo、Chiba Daichi
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 13 Issue: 8 Pages: 083001-083001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/aba0dc

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spin-orbit torque generated by spin-orbit precession effect in Py/Pt/Co tri-layer structure2020

    • Author(s)
      Y. Hibino, K. Hasegawa, T. Koyama, D. Chiba
    • Journal Title

      APL Materials

      Volume: 8 Issue: 4 Pages: 041110-041110

    • DOI

      10.1063/5.0002326

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spin-orbit torque generated by spin-orbit precession effect in Py/Pt/Co tri-layer structure2020

    • Author(s)
      Y. Hibino, K. Hasegawa, T. Koyama, and D. Chiba
    • Journal Title

      APL Materials

      Volume: -

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sign reversal of unidirectional spin Hall magnetoresistance in ferrimagnetic CoGd films2022

    • Author(s)
      K. Hasegawa, Y. Hibino, T. Koyama, and D. Chiba
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      第69回応用物理学会春季学術講演会
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  • [Presentation] Unidirectional spin planar Hall magnetoresistance in heterostructures of two ferromagnets2021

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      K. Hasegawa, T. Koyama, and D. Chiba
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Pt/Cu/Co系における一方向性スピンホール磁気抵抗2021

    • Author(s)
      長谷川顕登、小山知弘、千葉大地
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      スピントロニクス学術研究基盤と連携ネットワーク拠点 令和2年度年次報告会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Field-free spin-orbit torque switching by utilizing gate-induced structural asymmetry2021

    • Author(s)
      K. Hasegawa, T. Koyama, and D. Chiba
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Enhanced unidirectional spin Hall magnetoresistance in Pt/Co system with Cu spacer2020

    • Author(s)
      K. Hasegawa, T. Koyama, and D. Chiba
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Enhanced Spin-Orbit Torque in Co/Pt System with Interfacial Oxidation Layer2019

    • Author(s)
      K. Hasegawa, T. Koyama, and D. Chiba
    • Organizer
      Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM2019)
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Temperature dependence of spin-orbit torque in Pt/CoO/Co system2019

    • Author(s)
      K. Hasegawa, T. Koyama, and D. Chiba
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Co/Pt界面への酸化層挿入によるスピン軌道トルクの巨大変調2019

    • Author(s)
      長谷川顕登, 小山知弘, 千葉大地
    • Organizer
      第43回日本磁気学会学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Current-induced switching of exchange bias under external magnetic field in Pt/IrMn/CoFeB system2019

    • Author(s)
      K. Hasegawa, T. Koyama, and D. Chiba
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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