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hydrodynamic transport properties of high-density skyrmion flows

Research Project

Project/Area Number 21H01029
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Nagao Masahiro  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (80726662)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大島 大輝  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (60736528)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000)
Keywordsスキルミオン / スピントロニクス / 磁気構造観察 / 顕微鏡 / ホール効果
Outline of Research at the Start

磁気スキルミオンは安定な粒子として振る舞い、超低密度電流駆動を示すことからスキルミオンを情報キャリアとして利用する応用的価値に注目が集まっている。特に、スキルミオン間相互作用が存在する高密度スキルミオンの集団的運動は、非圧縮性トポロジカル粒子流という分野横断的な舞台を提供する可能性があり、デバイス応用を目指す上でもその解明は重要である。本研究では、高密度スキルミオンの集団的運動の特性を流体力学的アプローチによって解明する。特に、高密度スキルミオンの集団的運動はスキルミオン間相互作用に起因するスキルミオン粘性流の発現が見込まれ、超高速駆動やホール粘性などの新規輸送特性の観測が期待される。

Outline of Final Research Achievements

The study focused on the motion of high-density skyrmion states based on hydrodynamics. Initially, using the sputtering method, skyrmion-hosting Ta(5)/Co20Fe60B20(1)/Ta(0.08)/MgO(2)/Ta(5) multilayers were prepared. However, it was challenging to achieve high-density skyrmions using these multilayers. As a result, the study explored different multilayers, specifically Pt/Co/Ta, but encountered similar difficulties. Nevertheless, by adjusting sputtering conditions, the study successfully enhance the Dzyaloshinskii-Moriya interaction, leading to the generation of spontaneous skyrmions. This breakthrough also facilitated the detection of reading error-detectable in racetrack memory.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

実験において最適なスキルミオン密度を得ることは困難であったものの、研究過程でCMOSとの親和性が高いために工業的に利点があるスパッタリング法でジャロシンスキー・守谷相互作用の増強に成功し、磁場フリースキルミオンの生成に成功したことは、今後のスピントロニクス応用においてデバイス微細化が見込まれ、新たなスピントロニクスデバイスの創製に繋がる成果である。読み取りエラー検出可能なレーストラックメモリの提案はこれら成果によって初めて実現可能となったものであり、今後の省エネルギーコンピューティングの実現へ貢献するものである。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Fabrication of beta-Mn type CoZnMn(001) film on MgO single crystal substrate2023

    • Author(s)
      D. Oshima, R. Mitsuhashi, N. Ikarashi, T. Kato, M. Nagao
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 13 Issue: 2 Pages: 025331-025331

    • DOI

      10.1063/9.0000488

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nanoscale Characteristics of a Room-Temperature Coexisting Phase of Magnetic Skyrmions and Antiskyrmions for Skyrmion?Antiskyrmion-Based Spintronic Applications2022

    • Author(s)
      Shimizu Daigo、Nagase Tomoki、So Yeong-Gi、Kuwahara Makoto、Ikarashi Nobuyuki、Nagao Masahiro
    • Journal Title

      ACS Applied Nano Materials

      Volume: 5 Issue: 9 Pages: 13519-13528

    • DOI

      10.1021/acsanm.2c03162

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 内部クロックを有する磁区格納型スキルミオンレーストラックメモリ2024

    • Author(s)
      狩野 達郎、清水 大瑚、大木 彩加、大島 大輝、狩野 絵美、加藤 剛志、五十嵐 信行、長尾 全寛
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Electron microscopy investigation of domain wall dynamics in two-dimensional sliding ferroelectrics2023

    • Author(s)
      Daigo Shimizu, Nagao Masahiro
    • Organizer
      International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 磁性多層膜におけるスキルミオン・バッグ及びその関連構造の実現とその応用2023

    • Author(s)
      狩野達郎、清水大瑚、大島大輝、加藤剛志、五十嵐信行、長尾全寛
    • Organizer
      IEEE Magnetics Society 名古屋支部 若手研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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