2020 Fiscal Year Annual Research Report
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19H00825
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
白土 優 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70379121)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遠藤 恭 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50335379)
中谷 亮一 大阪大学, 工学研究科, 教授 (60314374)
豊木 研太郎 大阪大学, 工学研究科, 助教 (90780007)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 反強磁性薄膜 / 電気磁気効果 / ダイナミクス / Cr2O3 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性体の動的機能においては、磁気共鳴周波数やダンピング定数が動作速度を決める重要なパラメータである。反強磁性のスピンは、高い共鳴周波数や低ダンピングによって、通常の強磁性体と比較して数桁の高速動作が可能であるが、デバイス化に必須である薄膜における反強磁性スピンダイナミクスは、励起・検出された例はなく、また制御された例もない。本研究課題では、電気磁気効果を示すCr2O3薄膜を用いて、反強磁性スピンのダイナミクスに起因する諸物性の開拓と制御を目指している。2020年度は
(1) 電界駆動に必須となる電気磁気効果発現Cr2O3膜厚の低膜厚化として、世界最小膜厚である30 nmでの電気磁気効果駆動反強磁性スピン反転、ならびに、これに強磁性スピン反転を実現した。
(2) Cr2O3層のバンドギャップに対応するフォトンエネルギーにおいて、磁気光学効果の異常な増大現象が生じることを見出した。この現象については、現在、詳細を解明している段階にあり、2021年度中の論文発表を予定している。
(3) Cr2O3層に微量の非磁性元素を添加することで、電気磁気効果を保存したまま自発磁化が生成できることを見出した。特に、従来報告と比較して2倍以上の磁化値を報告しており、生成される結晶相は平衡状態図では説明できないことから、高品位薄膜作製技術によって実現できた新材料と位置付けている。今後は、結晶構造を含めた微細構造との相関とともに、電界駆動スピンダイナミクスの効率的検出に展開する。
以上の結果については、各種学術論文誌とともに国内外での学術講演会・研究会（招待講演を含む）で報告した。
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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
現在までに、研究分担者との密な連携のもと、反強磁性薄膜におけるスピンダイナミクス検出システムの開発をほぼ完了させており、2021年度より本格稼働させる。当初の主眼としている反強磁性Cr2O3薄膜の電気磁気効果によるスピンダイナミクスについても、Cr2O3薄膜の低膜厚化、自発磁化生成を進めることで、スピンダイナミクスに起因する諸物性の開拓を進めている。特に、反強磁性薄膜における、低ダンピングにかかる諸物性を効率的に検出できる材料開発も進めており、その例として、2020年度の実施課題として設定した反強磁性薄膜内への非補償反強磁性モーメントの積極的導入（非磁性元素による自発磁化の生成）にも成功している。さらに、新た知見として光学励起にともなう磁気光学効果の増強も見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、(1)2020年度までに開発した反強磁性薄膜におけるスピンダイナミクス検出システムを用いて、独自に開発した電気磁気効果反強磁性薄膜のスピンダイナミクスの励起・検出に本格稼働させる。
また、(2)2020年度の実施課題として設定した反強磁性薄膜内への非補償反強磁性モーメントの積極的導入にも成功しており、引き続き、この原理解明を微細構造評価との相関を基に明らかにする。(3)2020年度に新たに見出した、光学励起にともなう磁気光学効果増強のメカニズムについても、電気磁気効果とスピンダイナミクスの観点から明らかにすることで、新規物理の解明を進める。
一方、新型コロナウイルス感染防止の観点から、研究分担者との出張をともなう共同実験が難しい状況にあり、これらの対策として、超電導マグネット等の一部の装置を貸出対応することで、遅延のない研究推進が可能とした。
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