量子井戸効果を用いたスピン軌道トルクの制御：電流―スピン流変換の新しい自由度
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21K14523
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 29010:Applied physical properties-related
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology (2022)
Tohoku University (2021) |
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Principal Investigator |
杜 野 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, 博士研究員 (70795319)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | Spin-orbit torque / Quantum confinement / Spin current / Charge-spin conversion / Rashba-Edelstein effect |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、高電気伝導性薄膜におけるスピン軌道トルクの新しい生成と制御方法を提案する。これは、スピンまたは軌道ラシュバ―エデルシュタイン(Rashba-Edelstein)効果による効率的なスピン流の生成、および量子閉じ込め効果によるスピン軌道トルクの強さと符号の制御を可能にする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
電流誘起スピン軌道トルク（SOT）は磁性材料の磁化を電気的に制御できることから、磁気抵抗メモリなどへの応用性が期待されている。従来は、重金属を利用して高効率的な電流－スピン流変換率を得ることでSOT素子が作成されてきた。しかし、実用化には、SOT素子の有効的な磁化制御の達成とエネルギー損失の削減が必要となる。本研究は、高伝導率の磁性ヘテロ構造内における量子閉じ込め効果がSOTに与える影響を解明することを目的とする。具体的には、非磁性層/強磁性層ヘテロ構造内の非磁性層フェルミ面に基づいた閉じ込め効果を利用してSOTの強さと符号を制御できるかを検証する。実験は、マグネトロンスパッタ装置で薄膜の厚さを精密にコントロールした上で、フォトリソグラフィーでSOT素子を作成し、ハーモニックホール法でSOTを測定した。その結果、3dヘテロ構造を用いた場合、SOTの強さと符号は非磁性層の厚さに応じて振動的に変化することが観察された。さらに、層間交換結合を反映する薄膜の飽和磁場の非磁性層の厚さによる変化を測定した結果、SOTの振動周期は層間交換結合の振動周期と一致することが分かった。また、波動関数理論でSOTの非磁性層の厚さ依存性を解析して、交換相互作用やRashbaポテンシャルを考慮した非磁性層の量子井戸状態の評価を行った。その結果、非磁性層の厚さに応じてSOT強さと符号の振動を波動関数理論で定性的に説明することができた。今後は、非磁性層のフェルミ波長による定量的な解析を実施していく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
量子閉じ込め効果がSOTに与える影響を解明するため非磁性層の厚さを変更してSOTを測定した結果、非磁性層の厚さによるSOTの強さと符号の振動を明らかにした。振動周期は層間交換結合の振動周期と一致し、フェルミ界面に関する層間交換結合理論により説明することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、振動周期やSOTの強さについて定量的な分析を行い、量子閉じ込め効果によるSOT制御の可能性を明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
