2016 Fiscal Year Annual Research Report
Magnetic domain wall motion induced by electric field
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15H05419
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小山 知弘 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60707537)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 磁壁 / 磁性の電界制御 / スピン軌道相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、ゲート電界による磁性の電界制御を利用して、強磁性体中の磁壁を無磁場・無電流で駆動することである。昨年度はコバルト(Co)超薄膜をワイヤ形状に微細加工した試料を作製しゲート絶縁膜を形成することで電界を印加できる試料を作製し、局所的な磁壁移動を観測することに成功した。
本年度は申請書に記載した「傾斜電界の印加」による無磁場での磁壁移動の観測を目指した。ゲート電極に電流を印加するという手法を採用し、実際に傾斜電界が印加できていることを異常ホール測定によって観測した。さらに、傾斜電界下では磁壁のクリープ速度が位置依存性を示すことをカー顕微鏡を用いた直接観測により明らかにした。これは傾斜電界により、試料の磁気異方性の強さが場所によって異なっていることを意味している。しかしながら、電界のみでの磁壁移動は観測できなかった。異方性の位置依存性から有効磁場の計算を試みたところ、その大きさはマイクロテスラ程度であることがわかり、磁壁を駆動するには十分でないことがわかった。一方、磁壁駆動に必要な傾斜電界の大きさを見積もり、試料の最適化に向けた設計指針を得ることができた。本研究成果はJapanese Journal of Physicsに掲載された。
また、本年度はスピン軌道トルクによる磁区構造の制御にも成功した。室温で多磁区状態にあるCo超薄膜に電流を流すことで系を磁化させ、最終的に単一磁区状態を実現することを示した。また、パルス的に電流をオン・オフすることで単磁区⇔多磁区の状態間スイッチングをミリ秒のオーダーで実現できることを示した。本研究成果はScientific Reportsに掲載された。
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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
本研究では電界による無磁場下での単一磁壁駆動を目的としており、それを実現する手法の一つとして傾斜電界を用いることを申請書にて提案した。本年度は、実際に傾斜電界を系に印加できることを示すことができた点でおおむね順調に進展しているといえる。より大きな傾斜を書けることが今後の課題である。
一方、電流による磁区構造の制御は計画段階では予期していなかったことであるが、年度内に論文を発表できた点は評価できると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
電界勾配をより巨大にする必要があるため、ゲート電極に流す電流を大きくする、あるいは絶縁膜自体を傾斜させるなどの手法を検討していく。また、イオン液体の使用も検討する。スピン軌道トルクの実験については、高周波を利用した高速な磁区構造スイッチングなどを行っていく予定である。
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[Journal Article] Electrical control of superparamagnetism2016
Author(s)
K. T. Yamada, T. Koyama, H. Kakizakai, K. Miwa, F. Ando, M. Ishibashi, K.-J. Kim, T. Moriyama, S. Ono, D. Chiba, and T. Ono
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Journal Title
Applied Physics Express
Volume: 10
Pages: 013004
DOI
Peer Reviewed
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