2018 Fiscal Year Annual Research Report
電界効果によるナノ波長スピン波の生成と新規演算機能への応用展開
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18H01862
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福間 康裕 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (90513466)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 界面磁気異方性 / スピン波 / 多数決論理演算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、スピン波干渉を利用した多数決論理演算機能の実現に向けた基盤技術の構築を目的とする。演算応用に向けては頻繁な磁気励起が不可欠であり、低消費電力のスピン波生成手法の確立が必要である。そこでトンネル磁気抵抗素子等のスピントロニクス応用で実績のあるMgO/CoFeB界面磁気異方性に注目した。界面磁気異方性ではCoFeB層厚の減少と共に面直方向の異方性磁場が増加する。本研究では、この界面磁気異方性に対して磁場中熱処理により誘導磁気異方性を付加できることを見出した。また、ゲート電圧からの界面電場変調にともない誘導磁気異方性の大きさは変化した。これにより面内方向を容易軸とするCoFeBにおいても電圧駆動によりスピン波の励起が可能になった。
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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
電圧駆動型スピン波励起手法の確立に向けて、CoFeB/MgO接合における界面磁気異方性の制御に取り組んだ。界面磁気異方性とは空間反転対称性の破れを反映し、膜面に対して垂直方向の異方性磁場が生成される。この異方性磁場は界面電場により変調可能であるが、面内磁化膜および面直磁化膜の両者に対してトルクを作用できないという問題があった。本研究では、製膜後の磁場中熱処理により誘導磁気異方性を生成し、その大きさが界面電場の変調により変化することを見出した。これにより面内磁化膜においてもCoFeB/MgO接合へと電圧を印加することでトルクを作用でき、強磁性共鳴の励起実験に成功した。さらに、強励起（非線形）状態ではスピン波の励起を確認した。本手法では、熱処理中の磁場印加方向により任意の向きに異方性磁場を誘導できるために、その電界効果により生じるトルクも任意の向きに設計できる。電圧駆動型スピン波励起手法として非常に有用である。
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| Strategy for Future Research Activity |
非線形励起状態におけるスピン波の励起機構についても理解を進めるとともに、その制御手法の確立に向けた研究を継続する。電極サイズの微細化および非線形効果を利用してナノスケールの波長をもつスピン波の生成を目指す。また、高いコヒーレンスをもつスピン波を生成することを目的にガーネット磁性薄膜の作製にも取り組む。電極材料との界面を伝搬する表面波を活用することでその伝搬の電気的制御が可能になると考えられ、スピン波の干渉を利用した多数決論理演算の実証を目指す。
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