Highly efficient magnetization manipulation by spin conversion in ferromagnetic ordered alloys

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00299
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: SEKI Takeshi 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (40579611)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三浦 良雄 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, グループリーダー (10361198) ; 温 振超 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 (40784773)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: スピントロニクス / スピンオービトロニクス / スピン変換 / 規則合金 / 強磁性体

Outline of Final Research Achievements

This research project focused on the spin conversion phenomena in ferromagnetic ordered alloy systems, where the charge current and the spin current can be converted via spin-orbit interaction. We observed the self-induced spin orbit torque in the ferromagnet and qualitatively evaluated its magnitude, found the high spin conversion efficiency in the Co2MnGa Heusler ordered alloy and demonstrated spin orbit torque switching with Co2MnGa, proposed the guiding principles to fabricate the L10-ordered alloys exhibiting the high spin conversion efficiency, and enhanced the spin conversion efficiency via the ferromagnetic phase transition.

Free Research Field

磁性材料学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

強磁性規則合金を基軸として様々な強磁性金属を研究の舞台とし、電流とスピン流を変換できるスピン変換にまつわる様々な研究を行った結果、自己誘導的スピン軌道トルクの機構といった物理の深化から、ホイスラー合金における高いスピン変換効率の実証、さらに強磁性相転移がスピン変換に与える影響を解明するなど、多岐にわたる成果を上げてきた。スピントロニクス分野のみに留まらず、材料科学、物理学などの複数の分野にインパクトを与えるため、学術的価値は高い。また、本研究成果は低消費電力動作や高速かつ大容量の情報処理を可能とするスピントロニクス素子の基盤技術となることから、社会的にも意義深い。