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2022 Fiscal Year Annual Research Report

ワイル半金属を用いた電流誘起スピン軌道トルクの解明とそのデバイス応用

Research Project

Project/Area Number 20H02174
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

植村 哲也  北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (20344476)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 近藤 憲治  北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (50360946)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords磁性ワイル半金属 / スピン軌道相互作用 / スピン軌道トルク / 強磁性トンネル接合
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は,磁性ワイル半金属材料において発現する強いスピン軌道相互作用を利用した強磁性体磁化制御の学理を確立し,高速性・低消費電力性に優れたスピントロニクスデバイスの基盤技術を確立することである.そのため,磁性ワイル半金属であることが理論的に指摘されているホイスラー合金(以下,ワイル型ホイスラー合金とよぶ)をスピン源としたスピン軌道トルク(SOT)の特性を理論および実験により明らかにするとともに,これを利用した強磁性体磁化制御を確立する.具体的には,ワイル型ホイスラー合金の異常ホール効果により生成されたスピン流を用いて,強磁性トンネル接合の磁化自由層の磁化制御をめざす.
昨年度まで,フェルミ準位近傍にワイル点があることが理論的に示されているCo2MnAlやCo2MnGaのワイル型ホイスラー合金薄膜に着目し,それらの結晶構造解析,および,異常ホール効果や異常ネルンスト効果などの磁気輸送特性や熱電特性の評価を通じて,薄膜の成膜条件を最適化した.その知見を活用し,最終年度にあたる今年度は,Co2MnAl をスピン源としてCoFeB垂直磁化膜のSOT磁化反転を無磁場下で実証することに成功した.CoFeB垂直磁化膜は現在の磁気ランダムアクセスメモリの磁化自由層として広く用いられており、その磁化反転を確立できたことは,磁性ワイル半金属によるSOT磁化反転を活用した高速性・低消費電力性に優れた新規スピントロニクスデバイスの創出につながる重要な成果である.

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (13 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Deterministic field-free switching of perpendicular magnetization by spin?orbit torques originating from in-plane magnetized Co<sub>2</sub>MnAl2023

    • Author(s)
      Morita Daimu、Hara Takuya、Yamanouchi Michihiko、Uemura Tetsuya
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 13 Pages: 015037~015037

    • DOI

      10.1063/9.0000484

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Spin-orbit torque induced magnetization switching in perpendicularly magnetized MnGa/Fe bilayer grown on GaAs2023

    • Author(s)
      Mineto Ogawa, Takuya Hara, Shun Hasebe, Michihiko Yamanouchi, and Tetsuya Uemura
    • Organizer
      IEEE International Magnetics Conference 2023 (INTERMAG 2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Microfabrication and Characterization of Ferromagnetic Metal/Nonmagnetic Semiconductor Junctions for Spin Pumping-Induced Highly Efficient Spin Injection2023

    • Author(s)
      Theo Balland, Takeshi Seki, Takumi Yamazaki, Rie Umetsu, Mineto Ogawa, Tetsuya Uemura, and Koki Takanashi
    • Organizer
      IEEE International Magnetics Conference 2023 (INTERMAG 2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Current-induced domain wall motion in a perpendicularly magnetized Co2MnGa/Pd2023

    • Author(s)
      Takaya Koyama, Yuki Nishioka, Tetsuya Uemura, and Michihiko Yamanouchi
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Spin-orbit torque induced magnetization switching in perpendicularly magnetized MnGa/Fe bilayer grown on GaAs2023

    • Author(s)
      Mineto Ogawa, Takuya Hara, Michihiko Yamanouchi, and Tetsuya Uemura
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Spin injection based on spin pumping in microfabricated ferromagnetic metal/nonmagnetic semiconductor junctions2023

    • Author(s)
      Theo Balland, Takeshi Seki, Takumi Yamazaki, Rie Umetsu, Mineto Ogawa, Tetsuya Uemura, Koki Takanashi
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] ワイル強磁性体Co2MnAlを用いたスピン軌道トルク磁化反転2023

    • Author(s)
      森田大夢,原拓也,山ノ内路彦,植村哲也
    • Organizer
      第58回応用物理学会北海道支部/第19回日本光学会北海道支部合同学術講演会
  • [Presentation] 磁性ワイル半金属 Co2MnGaを用いた強磁性トンネル接合におけるトンネル磁気抵抗2023

    • Author(s)
      千葉拓人, 德山星哉, 西岡優輝, 植村哲也, 山ノ内路彦
    • Organizer
      第58回応用物理学会北海道支部/第19回日本光学会北海道支部合同学術講演会
  • [Presentation] Pd/Co2MnGa垂直磁化膜における電流誘起磁壁移動2023

    • Author(s)
      小山貴也,西岡優輝,植村哲也,山ノ内路彦
    • Organizer
      第58回応用物理学会北海道支部/第19回日本光学会北海道支部合同学術講演会
  • [Presentation] 有限膜厚の強磁性体薄膜におけるスキルミオン半径のマイクロマグネティックシミュレーション2023

    • Author(s)
      三隅亮汰,植村哲也,山ノ内路彦
    • Organizer
      第58回応用物理学会北海道支部/第19回日本光学会北海道支部合同学術講演会
  • [Presentation] GaAs基板上に形成したCoFeB垂直磁化膜のスピン軌道トルク磁化反転2023

    • Author(s)
      小川峰登, 山ノ内路彦, 植村哲也
    • Organizer
      第58回応用物理学会北海道支部/第19回日本光学会北海道支部合同学術講演会
  • [Presentation] MgAlO4基板上に形成したCo2MnAl薄膜の異常ホール効果2023

    • Author(s)
      菅原聖威,山ノ内路彦,植村哲也
    • Organizer
      第58回応用物理学会北海道支部/第19回日本光学会北海道支部合同学術講演会
  • [Presentation] Field-free switching of perpendicular magnetization by spin-orbit torques originating from in-plane magnetized Co2MnAl spin source2022

    • Author(s)
      Daimu Morita, Takuya Hara, Michihiko Yamanouchi, and Tetsuya Uemura
    • Organizer
      The 67th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM 2022)
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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