2020 Fiscal Year Annual Research Report
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20H02602
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
浅野 秀文 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50262853)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
羽尻 哲也 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80727272)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 磁気スキルミオン / 反強磁性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ノンコリニアな磁気構造を有する反強磁性体と磁気スキルミオンにおける新奇な巨大磁気伝導物性・機能の開拓，およびそれら２つの物質の特徴を合わせ持つ「反強磁性スキルミオン」の創成、を目的としている。
ノンコリニア反強磁性体については、逆ペロブスカイト窒化物反強磁性体Mn3GaNを用いて電流駆動による反強磁性スピンの効率的制御に関する研究を進めた。スピン流生成源であるPtやTaとの積層構造において、Mn3GaNの反強磁性スピンの磁化反転を異常ホール信号により検出する系統的な実験から、反強磁性スピンの磁化反転機構がスピン軌道トルク効果によるものであり、室温、無磁場、106/Acm2の低電流密度という応用上重要な要件が満たされていることを実証した。
磁気スキルミオンについては、反転対称性の破れた窒化物強磁性体Fe2-yXyMo3N系薄膜 (X = Ni, Pd, Pt)に対する探索的な検討を行い、X = Pdにおける特定の組成領域において、温度に依存して２種類のスキルミオン相が発現し、室温以上まで強磁性スキルミオンが発現すること、また、これらのスキルミオン相は、温度によらず60 nmの微小サイズを有することが分かった。これらの結果は、スキルミオンの磁気メモリーなどへのデバイス応用上重要な室温動作と微小サイズが同時に実現できることを意味するものであり、これらの材料系の応用上の有用性を明らかにすることができた。
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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
本研究の第一の検討課題である、ノンコリニアな磁気構造を有する反強磁性体と磁気スキルミオンにおける新奇な巨大磁気伝導物性・機能の開拓については、電流駆動による反強磁性スピンの効率的制御、および強磁性スキルミオンにおける室温動作と微小サイズ化が達成されていることから、当初の予定通り研究は進展していると考えている。これらの２つの研究成果については、既に関連論文が出版されている。従って、第一の検討課題の達成度は80％程度であり、さらに、これらの研究の完成度を高めることにより、第２の検討課題である反強磁性体スキルミオンの実現を目指すこととする。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の最重要課題は、「反強磁性スキルミオン」の実現である。「反強磁性スキルミオン」は，反強磁性体としての超高速性，外乱に対する安定性とともに，スキルミオンとしてのトポロジカルに保護された粒子性を併せ持つ夢の物質であり，その応用が大いに期待されているが，未だに理論予測に留まっている。これまでの本研究で得られた、複金属窒化物におけるノンコリニア反強磁性体および強磁性スキルミオンに関する知見を総合することにより、複金属窒化物をベースのエピタキシャル薄膜における「反強磁性スキルミオン」の実現する。予備的な検討として、強磁性体Fe2-yXyMo3N系薄膜材料におけるFeサイトを全てCoに置換したCo2Mo3N系薄膜では反強磁性交換相互作用が支配的になることを磁気測定から明らかにしている。そこで、これら系に対して、スピンー軌道作用が強い Pd等の重金属を部分置換し、スキルミオン生成の要因となるジャロシンスキーー守谷相互作用を制御することにより、室温以上の磁気転移温度を有する「反強磁性スキルミオン」を探求する。また、反強磁性スキルミオンについては，強磁性スキルミオンと異なりその電気的検出法が確立されていないため，その新しい検出法の開拓に取り組む。
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