2019 Fiscal Year Annual Research Report
Observation of self-induced spin torque in a single ferromagnet and demonstration of novel rf generator
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18K19012
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
関 剛斎 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (40579611)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
好田 誠 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00420000)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / スピン軌道相互作用 / スピントルク / 強磁性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、「単一の磁性体中における自己誘導型スピントルク」という新概念のスピン流現象の観測とその物理機構の理解を最終目標とした。ここで自己誘導型スピントルクとは、強磁性体に電流を流すことで生じるスピン角運動量の流れ（スピン流）と強磁性体自身の磁化との相互作用によるトルクのことを呼んでいる。スピン異常ホール効果に代表される強磁性体における電流-スピン流変換（スピン変換）を調べ、自己誘導型スピントルクによる磁化操作を実現するための指針を得ることを目指した。
今年度は、昨年度に引き続き異常ホール効果を起源としてスピン変換できるスピン異常ホール効果に着目した。FePt/Cu/FeNiの巨大磁気抵抗素子を用いて、FePtにおけるスピン異常ホール効果を定量評価した。スピントルク強磁性共鳴を用いて直流電流による共鳴線幅の変調を調べたところ、25％に達する大きなスピン異常ホール角（変換効率に相当）を得ることに成功した。さらに、FePtの大きなスピン異常ホール効果を利用することで、FeNi層の磁化をスイッチングさせることにも成功した。これは、自己誘導型スピントルクで磁化スイッチングを実現するために有用な成果である。
この研究項目に加え、ハーフホイスラー合金であるNiMnSbのスピン変換の温度依存性を調べたところ、その変換機構にバルクおよび界面の寄与が存在することを実験的に明らかにすることに成功した。また、スピン異常ホール効果を増強できる強磁性材料の探索としてCo2MnGaホイスラー合金に着目し、薄膜試料において大きな異常ホール角が得られることを実証した。
上記した強磁性体におけるスピン変換に関する様々な知見は、自己誘導型スピントルクの物理機構を理解する上で重要かつ基盤となる成果であり、それにより自己誘導型スピントルクによる磁化制御を実現するための方向性を示すことができた。
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