| Project/Area Number |
23K19199
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0402:Nano/micro science, applied condensed matter physics, applied physics and engineering, and related fields
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
白倉 孝典 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任助教 (60968808)
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| Project Period (FY) |
2023-08-31 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | スピン軌道トルク / スピントロニクス / 磁性細線メモリ / スピンホール効果 |
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| Outline of Research at the Start |
磁性細線を利用したレーストラックメモリは電流により磁区(ビット)を空間的に移動できるため、三次元NANDフラッシュメモリよりも1桁以上高い記録密度を実現できる。一方、レーストラックの課題の1つに、磁区の駆動電流が大きいことが挙げられる。この駆動電流の大きさは、磁壁と呼ばれる磁区間の磁化の空間構造に依存することが知られている。本研究では磁性細線の細線幅に由来する形状磁気異方性により磁壁構造を制御することで、磁区制御手法の一種であるスピン軌道トルクによる磁区駆動電流を低減するための手法を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はスピン軌道トルクを用いた磁性細線メモリの磁壁形状を形状磁気異方性で制御することでさらなる低消費電力化を実現するための指針を探索することが目的である。2023年度はその準備として、本研究で用いる高効率にスピン軌道トルクを発生可能なトポロジカル半金属YPtBiを熱酸化Si基板上に製膜する技術を開発した。今までに報告されてきたc-Sapphire上のYPtBi薄膜は111面配向で成長していたのに対し、熱酸化Si上のYPtBi薄膜は最密面である110面に配向し成長することが分かった。二次高調波法を用いて110面に配向したYPtBi薄膜のスピンホール効果を評価したところ、スピンホール効果の強さを示すスピンホール伝導率が111面に配向したYPtBi薄膜よりも大きな値を示すことが分かった。内因性スピンホール効果の強さがベリー曲率とフェルミ分布関数の積の積分で与えられることと、YPtBiの内因性スピンホール効果がトポロジカル表面状態のディラック点付近の寄与により決まることから、ディラック点とフェルミ準位のエネルギー差が配向面に依存することに起因すると考えられる。また、Taバッファ層やCrOxバッファ層を用い、110面に配向したYPtBi薄膜の結晶性を向上させることで、熱酸化Si基板上でも1を超える巨大なスピンホール角を有するYPtBi薄膜を実現することに成功した。また、2024年度の準備としてマイクロマグネティクスシミュレーションの立ち上げを行い、磁性層として用いるCoPt積層膜とYPtBi薄膜のヘテロ接合系における実験的パラメータを用いて磁壁形状の磁性細線幅依存性の試算を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
利用を予定していた共用設備の電子線露光装置が長期間故障しており、形状磁気異方性が支配的となる数十nmオーダの磁性細線を十分作製することができなかったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子線露光装置の修理目途が立ち次第細線を用いた実験に移行し、磁壁移動に必要な電流密度の磁性細線幅依存性を評価する。また、修理が長期化する場合はARIMの共用電子露光装置の利用を検討するが、利用料金の問題で十分なサンプル数を用意できない可能性がある。その場合は本年度抽出したCoPtとYPtBiの接合系における実験的パラメータを用いたシミュレーションにより形状磁気異方性を用いた磁性細線メモリの低消費電力化指針の確立を目指す。
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