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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Highly sensitive magnetic field sensor using nano-scale magnets

Research Project

Project/Area Number 16H03850
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

鈴木 義茂  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50344437)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 三輪 真嗣  東京大学, 物性研究所, 准教授 (20609698)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywordsトンネル磁気抵抗素子 / 磁界センサー / センサーアレイ
Outline of Annual Research Achievements

まず、素子単体におけるノイズ測定実験で印加電圧が大きい場合は電気ノイズが、印加電圧が小さければ磁気ノイズが支配的になることを確認した。また、低周波ノイズの測定から、素子単体でも100kHz以下の周波数では1/f磁気ノイズが存在することがみられた。これは、素子のエッジの揺れなどに由来するといわれている。
そこで、信号の測定領域にエッジを含まないVortexドメインを持つトンネル接合におけるノイズの測定を行った。その結果、その接合領域にエッジを含まなくても1/f磁気ノイズが現れることが観測された。そこで、Vortexの運動と同等な運動を連続膜上で発生させるためにスキルミオンを含む膜におけるスキルミオンの熱運動の観察を行った。スキルミオンを多数含む膜におけるスキルミオンの熱振動を測定することはドットアレイのノイズを測定することに対応する。その結果、連続膜では離れた位置にあるスキルミオンの熱運動は相関を持たないことが見出された。一方、シミュレーションを行った結果、膜のヘリには磁化の熱振動により磁荷が現れ、長距離におよぶ反磁界が発生することを見出した。この反磁界は熱的に振動するため、スキルミオン全体に搖動磁場が加わる。
以上の結果からトンネル磁気抵抗素子アレイでは、トンネル磁気抵抗素子間に磁気結合があると静磁波のモードが発生し、波長の長いモードが素子のへりに出す磁荷がアレイ全体に揺動磁場を与えることによりアレイ化によりキャンセルできないノイズが生じるというメカニズムが存在することが示唆された。この問題を解決するには素子を球面上、あるいは円筒上に並べるなどの方法が考えられる。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (18 results)

All 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 6 results)

  • [Journal Article] Microwave amplification in a magnetic tunnel junction induced by heat-to-spin conversion at the nanoscale2019

    • Author(s)
      M. Goto, Y. Wakatake, U.K. Oji, S. Miwa, N. Strelkov, B. Dieny, H. Kubota, K. Yakushiji, A. Fukushima, S. Yuasa, and Y. Suzuki
    • Journal Title

      Nature Nanotechnology

      Volume: 14 Pages: 40-43

    • DOI

      10.1038/s41565-018-0306-9

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Interface resonance in Fe/Pt/MgO multilayer structure with large voltage controlled anisotropy change2019

    • Author(s)
      Y. Jibiki, M. Goto, M. Tsujikawa, P. Risius, S. Hasebe, X. Xu, K. Nawaoka, T. Ohkubo, K. Hono, M. Shirai, S. Miwa, and Y. Suzuki
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 114 Pages: 082405_1-5

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.5082254

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] スピンダイナミクスによるレザバコンピューティング2019

    • Author(s)
      三輪真嗣
    • Organizer
      東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト研究会
  • [Presentation] Negative Resistance and Amplification of Microwave in Heat-driven Magnetic Tunnel Junctions2019

    • Author(s)
      M. Goto
    • Organizer
      2019Joint MMM-Intermag Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Brownian motion of skyrmion bubbles on wire2019

    • Author(s)
      Y. Jibiki
    • Organizer
      2019Joint MMM-Intermag Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Toward skyrmion Brownian computing2019

    • Author(s)
      Y. Suzuki
    • Organizer
      International School on Spintronics and Korea-Japan Spintronics Workshop -Topological Phenomena in Magnetism-
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electric-field-induced change of perpendicular magnetic anisotropy at metal/dielectric interfacel2019

    • Author(s)
      S. Miwa
    • Organizer
      Topological Phases and Functionality of Correlated Electron Systems (TPFC2019)
  • [Presentation] Radio-frequency magnetic field sensitivity of magnetic vortex in magnetic tunnel junctions2019

    • Author(s)
      R. Okuno
    • Organizer
      The 66th JSAP Spring Meeting 2019
  • [Presentation] 分子/金属界面を用いたスピントロニクスデバイス2019

    • Author(s)
      三輪真嗣
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会, シンポジウム「有機分子と表面の出会いがもたらす多体相関物性」
    • Invited
  • [Presentation] Quantum spintronics for application2018

    • Author(s)
      S. Miwa
    • Organizer
      International Workshop: Novel Phenomena in Quantum Materials driven by Multipoles and Topology
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] トンネル磁気抵抗素子による高周波の増幅2018

    • Author(s)
      後藤 穣
    • Organizer
      「スピントロ二クスの新しい応用」シンポジウム・H29度総務省(課題Ⅱ)成果報告会
  • [Presentation] The origin of electric-field-induced change of magnetocrystalline anisotropy in metallic multilayered structures2018

    • Author(s)
      S. Miwa
    • Organizer
      23rd International Colloquim on Magnetic Films and Surfaces (ICMFS 2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 遷移金属及び分子による磁性界面制御2018

    • Author(s)
      三輪真嗣
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会: シンポジウム「スピントロニクス材料研究の新潮流~二次元系を中心に~」
    • Invited
  • [Presentation] Evaluation of heat-driven spin-torque in a magnetic tunnel junction through time-resolved measurement2018

    • Author(s)
      N. Furuichi
    • Organizer
      磁気記録・情報ストレージ研究会
  • [Presentation] 一次元及び二次元におけるスキルミオンのブラウン運動2018

    • Author(s)
      地引勇磨
    • Organizer
      磁気記録・情報ストレージ研究会
  • [Presentation] Voltage control of interfacial spin-orbit phenomena2018

    • Author(s)
      S. Miwa
    • Organizer
      2018 KPS Fall Meeting Pioneer Symposia “Symposium on Interface Spin-Orbitronics”
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] スピンダイナミクスによるレザバコンピューティング2018

    • Author(s)
      三輪真嗣
    • Organizer
      第2回CSRN-Tokyo Workshop 2018「スピン、ニューロモルフィック・コンピューティング」
  • [Presentation] Heat driven microwave amplification in magnetic tunnel junction with double MgO layer2018

    • Author(s)
      M. Goto
    • Organizer
      CSRN-OSAKA Annual Workshop 2018

URL: 

Published: 2019-12-27  

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