2023 Fiscal Year Final Research Report

Interfacial structure control for domain wall memories with low-power consumption

Research Project

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Project/Area Number	20H02196
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
Research Institution	Ibaraki University
Principal Investigator	Komine Takashi 茨城大学, 応用理工学野, 准教授 (90361287)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	青野友祐茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (20322662) 長谷川靖洋埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60334158) 千葉貴裕東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (90803297)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	スピントロニクス / トポロジカル絶縁体 / 不揮発性メモリ
Outline of Final Research Achievements	This study investigated a new device structure that effectively utilizes spin-orbit torque at the interface to create a spintronic device that achieves low power consumption and high-speed operation. Controlling the voltage of the interface state between a magnetic insulator and a topological insulator makes it possible to induce spin-orbit torque. Furthermore, we revealed the feasibility of controlling magnetic anisotropy by voltage using spin-momentum locking of the interface state. As a result, the gate voltage allows simultaneous control of magnetic anisotropy and spin-orbit torque. We proposed such a magnetic topological insulator element and analyzed the magnetization reversal, and we found that it can operate with lower power than a magnetic tunnel junction. We also performed magnetization reversal simulations under thermal fluctuations and illuminated that a write error rate sufficient for practical use in 100 nm scale devices is possible.
Free Research Field	スピントロニクス、磁気工学、デバイス工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	低消費電力・高速動作を両立するスピントロニクスデバイスの創出は、爆発的に増大し続ける情報に伴うエネルギー消費を劇的に軽減する手法として注目されており、近年需要増大が目覚ましいデータセンターやエッジコンピューティングへの活用が期待されている。本研究では、提案する磁性トポロジカル絶縁体素子を用いることで、低消費電力・高速・高信頼性動作を実現出来る可能性を明らかにし、新たなスピントロニクスデバイス創出のブレークスルーになると期待される。