Ultrafast domain wall motion and sub-THz microwave oscillation in Mn4N-based ferrimagnet

• Project/Area Number: 24KK0083
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (International Collaborative Research)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 末益 崇 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40282339)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 本多 周太 関西大学, システム理工学部, 准教授 (00402553) ; 茂木 裕幸 筑波大学, 数理物質系, 助教 (30845631) ; 雨宮 健太 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (80313196) ; 安田 智裕 筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC2) (81004405)
• Project Period (FY): 2024-09-09 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥20,930,000 (Direct Cost: ¥16,100,000、Indirect Cost: ¥4,830,000); Fiscal Year 2027: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2026: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2025: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: スピントロニクス / フェリ磁性体 / 垂直磁気異方性 / 磁化補償

Outline of Research at the Start

不純物を添加したMn4N膜をMBE法でMgO基板またはSrTiO3基板にエピタキシャル成長し、磁化特性とX線磁気円二色性等の測定を組み合わせ、室温で磁化補償する不純物を見出す。その後、Pt/SrTiO3基板に膜厚3nm程度の不純物添加Mn4N膜をエピタキシャル成長し、Ptに電流を流してスピンHall効果で生じる純スピン流を不純物添加Mn4N膜に注入し、スピン軌道トルクにより、従来よりも2桁小さい電流密度(～10^9 A/cm2)で、超高速の磁壁移動を室温で実現する。さらに、スピンHall効果を用いて不純物添加Mn4N内に磁気モーメントの歳差運動を誘起し、サブTHzの高周波発振を実現する。