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2019 Fiscal Year Annual Research Report

スピン軌道トルクによるハーフメタル強磁性体磁化制御とそのデバイス応用

Research Project

Project/Area Number 17H03225
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

植村 哲也  北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (20344476)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 近藤 憲治  北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (50360946)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywordsスピン軌道相互作用 / ハーフメタル強磁性体 / スピン軌道トルク / 強磁性トンネル接合
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は,スピン軌道相互作用の大きい非磁性層と,スピン偏極率が本質的に100%となるハーフメタル強磁性体からなる積層構造において生じるスピン軌道トルク(SOT)を利用した,ハーフメタル強磁性体磁化制御技術を確立し,高速性・低消費電力性に優れた新規スピントロニクスデバイスを実現することである.具体的には,優れたハーフメタル性が実証されているCo基ホイスラー合金を電極とした強磁性トンネル接合(MTJ)と強いスピン軌道相互作用を有する非磁性材料を組み合わせた,新規磁気抵抗素子ならびに高周波自励発振デバイスを開拓する.
昨年度までに,Co基ホイスラー合金のCo2MnSiとTaからなる二層膜をMTJの磁化自由層に組み込んだ3端子型MTJを開発し,Co2MnSiに対するSOT磁化反転を実証するとともにその基本特性を明らかにした.今年度は,垂直磁化特性を有するCo基ホイスラー合金に対するSOT磁化反転を実証した.Co2MnSiに垂直磁化特性を付与するために,強い垂直磁気異方性を有する強磁性材料であるMnGaとの交換結合を利用した.これまでに,MnGa/Co2MnSi二層膜において,Co2MnSiとMnGaは反強磁性的に結合し,Co2MnSiに垂直磁化特性が発現することを見出していたが,今年度はこのMnGa/Co2MnSi二層膜に対するSOT磁化反転の実証とその基本特性の解明を行った.その結果,反強磁結合した二層膜では,MnGa単層膜に比べ,SOTの有効磁場の大きさがおよそ5倍大きくなり,より高効率なSOT磁化反転が可能であることがわかった.
以上により,ハーフメタル強磁性体のCo基ホイスラー合金に対するSOT磁化反転を活用した高速性・低消費電力性に優れた新規スピントロニクスデバイスの基盤技術を確立し,本研究課題の目的を達成した.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (17 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Chinese Academy of Sciences(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Chinese Academy of Sciences
  • [Journal Article] Off-stoichiometry effect on magnetic damping in thin films of Heusler alloy Co2MnSi2020

    • Author(s)
      Ting Li, Wei Yan, Xinhui Zhang, Bing Hu, Kidist Moges, Tetsuya Uemura, Masafumi Yamamoto, Masahito Tsujikawa, Masafumi Shirai, and Yoshio Miura
    • Journal Title

      Phys. Rev. B (in press)

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Magnetic properties and spin-orbit-torque-induced magnetization switching in Ta/MnGa grown on Cr and NiAl buffer layers2019

    • Author(s)
      Michihiko Yamanouchi, Nguyen Viet Bao, Fumiaki Shimohashi, Kohey Jono, Masaki Inoue, and Tetsuya Uemura
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 9 Pages: 125245-1-4

    • DOI

      10.1063/1.5129300

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Interaction between spin-orbit torque and domain walls in a Ta/MnGa/NiAl structure2019

    • Author(s)
      Michihiko Yamanouchi, Nguyen Viet Bao, Masaki Inoue, and Tetsuya Uemura
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 58 Pages: 100903-1-4

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab3e79

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 全層エピタキシャルCo2Fe(Ga,Ge)/Ge/CoFe三層構造の作製2020

    • Author(s)
      吉田 太一郎,井上 将希,植村 哲也
    • Organizer
      第55回応用物理学会北海道支部/第16回日本光学会北海道支部合同学術講演会
  • [Presentation] Co2Fe(Ga,Ge)を用いた電流面直型巨大磁気抵抗素子の磁気抵抗特性に及ぼすCo2Fe(Ga,Ge)薄膜のGe組成の影響2020

    • Author(s)
      近惣 祐輝,谷本 哲盛,井上 将希,犬伏 和海,中田 勝之,植村 哲也
    • Organizer
      第55回応用物理学会北海道支部/第16回日本光学会北海道支部合同学術講演会
  • [Presentation] ホイスラー合金Co2MnAlにおける異常ホール角のアニール温度依存性2020

    • Author(s)
      香田 和磨,石戸谷 統,山ノ内 路彦,植村 哲也
    • Organizer
      第55回応用物理学会北海道支部/第16回日本光学会北海道支部合同学術講演会
  • [Presentation] NiAlバッファおよびCrバッファ上に成長した極薄MnGa垂直磁化膜のスピン軌道トルク特性2020

    • Author(s)
      城野 航平,下橋 史明,グェンビエットバオ,井上 将希,山ノ内 路彦,植村 哲也
    • Organizer
      第55回応用物理学会北海道支部/第16回日本光学会北海道支部合同学術講演会
  • [Presentation] 同一基板上に形成した極薄MnGa単層膜および極薄MnGa/Co2MnSi二層膜における構造と磁気特性の評価2020

    • Author(s)
      下橋 史明,城野 航平,植村 哲也
    • Organizer
      第55回応用物理学会北海道支部/第16回日本光学会北海道支部合同学術講演会
  • [Presentation] Effects of spin-orbit torque on domain wall motion in a Ta/MnGa/NiAl structure2019

    • Author(s)
      Michihiko Yamanouchi, Nguyen Viet Bao, Masaki Inoue, and Tetsuya Uemura
    • Organizer
      64th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Co2Fe(Ga,Ge)/Ge/CoFe 三層構造の磁気特性および電気特性の評価2019

    • Author(s)
      吉田 太一郎,井上 将希,山ノ内 路彦,植村 哲也
    • Organizer
      第24回半導体におけるスピン工学の基礎と応用(PASPS-24)
  • [Presentation] NiAlバッファ上に成長した極薄MnGa垂直磁化膜のスピン軌道トルク磁化反転2019

    • Author(s)
      下橋 史明,グェンビエットバオ,山ノ内 路彦,植村 哲也
    • Organizer
      第43回日本磁気学会学術講演会
  • [Presentation] Co2Fe(Ga,Ge)を用いた電流面直型スピンバルブ素子の磁気抵抗特性に及ぼすCo2Fe(Ga,Ge)薄膜のGe組成の影響2019

    • Author(s)
      近惣 祐輝,谷本 哲盛,井上 将希,犬伏 和海,中田 勝之,植村 哲也
    • Organizer
      第43回日本磁気学会学術講演会
  • [Presentation] Influence of Ge composition in Co2Fe(Ga,Ge) films on magnetoresistance characteristics of Co2Fe(Ga,Ge)-based current-perpendicular-to-plane spin valves2019

    • Author(s)
      Tessei Tanimoto, Masaki Inoue, Yuki Chikaso, Kazuumi Inubushi, Katsuyuki Nakada, and Tetsuya Uemura
    • Organizer
      2019年 第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Fabrication of fully epitaxial Co2Fe(Ga,Ge)/Ge/CoFe trilayer structures2019

    • Author(s)
      Taichiro Yoshida, Masaki Inoue, and Tetsuya Uemura
    • Organizer
      2019年 第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Spin-orbit-torque induced magnetization switching for an ultra-thin MnGa grown on NiAl buffer layer2019

    • Author(s)
      Fumiaki Shimohashi, Nguyen Viet Bao, Michihiko Yamanouchi, and Tetsuya Uemura,
    • Organizer
      2019年 第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 半導体スピン注入を用いた核スピンの操作とその電気的検出2019

    • Author(s)
      植村哲也
    • Organizer
      日本物理学会 2019年秋季大会
    • Invited

URL: 

Published: 2021-01-27  

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