Designing spin-Hall effect based on even-odd parity hybridization of electron orbitals

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02604
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: KOZUKA Yusuke 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 主任研究員 (70580372)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: スピンホール効果 / スピン軌道相互作用 / 酸化物エレクトロニクス

Outline of Final Research Achievements

In a non-volatile memory using a magnetic material, it is desired to reduce the power consumption in the magnetization reversal process as power consumption occurs in the magnetization reversal in the magnetic material. In this study, we aim to efficiently perform magnetization reversal using the spin Hall effect to obtain material design guidelines that consider orbital hybridization. As a result, a large nonlinear spin Hall effect is observed in the SrIrO3 thin film. Based on the first-principles calculation, we find that this is caused by the inversion symmetry breaking at the surface and interface. In addition, at the Py/Bi2WO6 interface, a large signal of inverse spin Hall effect is observed in Py by microwave irradiation. This result shows that orbital hybridization of transition metals and oxide ions play an important role.

Free Research Field

酸化物エレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ランダムアクセスメモリは電子デバイスの消費電力の大きな割合を占めるため、低消費電力化が望まれており、不揮発メモリの開発が盛んに行われている。磁気メモリは有力な候補であるが、データ書き換え時の電力消費の低減が望まれており、スピンホール効果を用いた磁化反転によるデータ書き換えが注目されている。スピンホール効果はスピン軌道相互作用に基づくため非磁性体の元素のみ注目されてきたが、本研究では多軌道間の混成も重要であることを示した。本研究成果の知見は、より効率的にスピンホール公開による磁化反転を行うことのできる磁性体/非磁性体の組み合わせを設計する際の重要な指針となる。