2015 Fiscal Year Annual Research Report
方向制御純スピン流による革新的磁区構造制御技術の創成
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14J05879
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
野村 竜也 九州大学, 理学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 高い異方性スピン吸収効率 / 高効率スピン注入 / 高効率スピン吸収 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
CoFeAl合金を用いたときの、スピン流吸収効率のスピン偏極方向の異方性が、従来材料NiFe合金に対して、3倍大きいことがわかった。本実績は、研究課題の鍵技術となる異方性スピン吸収効率の改善につながる。
非磁性/強磁性接合系が高温状態になると、スピン流の吸収効率が増大することがわかった。実験は熱源とスピン吸収体間の、距離依存性の測定を行った。スピン吸収効果は非局所スピンバルブ法にて評価できるが、電流・電圧端子を変更して、熱流の強度を変えることで、スピン流の吸収率がどのように変化するか調べた。通常の測定においては、相反定理が成り立つため、スピン信号の大きさは同じになるが、熱流を重畳した場合、磁性体ドットと熱源との距離間隔が短い端子配置におけるスピン信号が、もう一方に比べて小さくなった。これは、熱流によりスピン吸収が増大していることを示唆している。
従来法の1/3の低電流で、純スピン注入磁化反転を観測することに成功した。素子のスピン流生成源には、高スピン偏極材料であるCoFeAlを用いた。細線幅は、高密度なスピン流を生成できるよう、100 nmに設計した。膜厚は100 nmと、従来構造に比べて3～5倍程度厚くし、ジュール熱に対する臨界電流を大きくした。また、磁性ドットには、磁化反転しやすいよう、軟磁性材料であるNiFeを用いた。膜厚は、スピン緩和長程度の5 nmとした。磁性ドットをスピン流注入端子の直上に配置することで、熱流を利用したスピン吸収効率の向上を図った。ドットの接合界面は、スピン伝導チャネルに対して、完全に接合させることで、スピントルクを効率的に与えることを可能とした。その結果、DC電流を＋4.7 mAを印加したとき、スピン注入磁化反転を示唆する信号が検出された。これは、従来法(15 mA)と比べて高効率にスピン流を生成・利用できたことを裏付ける結果である。
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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
本研究に必要な要素技術は確立されている。確立された要素技術とは、純スピン流の高効率な生成(巨大スピン流生成)技術・制御(スピン偏極方向制御)技術・利用（縦横スピン吸収）技術である。報告通り、純スピン流の高効率な生成技術では、高スピン偏極材料を、多端子スピン注入源に適用することに加え、熱スピン注入法を利用することで、大幅な生成効率の増大を実現した。制御技術では、直交した二端子スピン生成源を用いた手法に加え、磁場を利用することで、スピン偏極方向変調する技術を確立した。利用技術では、CoFeAl合金を用いた縦横スピン吸収効率異方性の改善に加え、熱流を利用することによって、スピン吸収効率が増大することを発見した。
本研究課題の実現に必要な、残された課題は、「純スピン流注入による高精度な多磁区構造の制御技術の確立」のみである。また、「スピン流吸収効率異方性の大きな物質の探索」は、向上の余地があるため、追求することを検討している。
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| Strategy for Future Research Activity |
方向制御された巨大スピン流の選択的スピン吸収効果を用いて、純スピン流注入による高精度且つ高効率な多磁区構造の制御技術を確立する。また、得られた多磁区構造とその時のスピン蓄積電圧との対応を明確にし、高感度・高精度な多磁区構造の電気的検出法を確立する。検出法は、最近原理実証に成功した、熱スピン注入による間接的磁化方向特定技術を、適用することも検討している。
また、スピン流吸収効率異方性の大きな物質として期待される、CoFeBの再評価を検討している。すでにCoFeBを用いたスピン注入は実現済みだが、検出されたスピン蓄積電圧が大きくない。この原因は、CoFeB強磁性細線の作製にスパッタ法を使用しているため、スピン流注入・検出界面において、スピン散乱が生じているためであると考えている。そこで、スピン散乱の生じにくい界面を形成するために、CoFeB強磁性細線の作製方法として、電子ビーム蒸着法を使用することを検討している。
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Research Products
(13 results)
