2015 Fiscal Year Annual Research Report
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14J10547
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岩崎 惇一 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 磁気スキルミオン / 磁壁 / スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず，スキルミオンを情報ビットとして用いたデータデバイスを，微視的なシミュレーションを行うことにより理論的に作成した．ローカルな熱，磁場，電場，そして電流により，スキルミオンの生成・消滅がコントロールできる．これは情報の書き込み・消去に対応しているが，この書き込み・消去は，ナノ秒からピコ秒という超高速の動作が可能であることが判明した．また，昨年度の研究で明らかとなった「スキルミオンに働く巨大スピントランスファートルク」を応用して，スキルミオンによるレーストラックメモリーを設計した．以上の発見は，(i)超高密度，(ii)不揮発性，(iii)超低消費電力，という優れた特徴を持つスキルミオンデバイスの実現に向けた大きな前進といえる．
そして，スキルミオンのダイナミクスだけではなく，磁壁のダイナミクスについても考察した．ここで考えたのは，磁壁の中の磁壁とも呼ばれるブロッホラインが密に多数入った磁壁であり），特に，電流で駆動した運動について，磁場駆動の運動と比較しながら調べた．この研究により，ブロッホラインの運動が，電流密度と速度の関係式を従来のものから大きく変えることが明らかとなった．具体的には，ピン止めが存在しない場合，従来の関係式では速度がGilbert緩和項の係数αと非断熱効果の係数βの比に比例していたのに対し，ブロッホラインの存在下では，αやβの値に依らないユニバーサルな関係式が得られることがわかった．これは，スキルミオンにおける関係式と同じ振る舞いである．さらに注目すべきは，ピン止めが存在する場合の駆動電流密度の閾値であり，閾値が小さいことで有名なスキルミオンの場合よりもさらにα倍小さいことが判明した．この研究は，長い歴史を持つ磁壁を用いたデバイス設計に対して全く新しい指針を与えるものであり，今後の実験研究を刺激する結果であると考えている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ブロッホラインの多数入った磁壁の電流駆動ダイナミクスでは，駆動電流密度閾値の小ささで知られる磁気スキルミオンと比べてもなお3桁程度小さい駆動電流密度閾値が実現するという，画期的な研究成果を挙げた．さらに，今まで行っていた磁気スキルミオンの研究で得られた知見をもとにデータデバイスの理論設計を行い，磁気スキルミオンの分野が応用に近づいた．以上のように，当初の計画以上に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
スキルミオン結晶を電流で駆動した際に，ブラッグスポットが非自明な変化をすることがシミュレーションで見られている．これを解析的な計算で導出し，さらに実験家と協力して観測する．
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[Journal Article] Large anisotropic deformation of skyrmions in strained crystal2015
Author(s)
K. Shibata, J. Iwasaki, N. Kanazawa, S. Aizawa, T. Tanigaki, M. Shirai, T. Nakajima, M. Kubota, M. Kawasaki, H. S. Park, D. Shindo, N. Nagaosa, and Y. Tokura
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Journal Title
Nature Nanotech.
Volume: 10
Pages: 589-592
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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