2022 Fiscal Year Final Research Report

Giant magnetotransport properties achieved by noncolinear magnetic nitrides

Research Project

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Project/Area Number	20H02602
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 29010:Applied physical properties-related
Research Institution	Nagoya Industrial Science Research Institute (2021-2022) Nagoya University (2020)
Principal Investigator	Asano Hidefumi 公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 上席研究員 (50262853)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	伊藤孝寛名古屋大学, シンクロトロン光研究センター, 准教授 (50370127) 羽尻哲也名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80727272)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	ノンコリニア反強磁性 / スキルミオン / キラル磁性体 / 窒化物薄膜 / 異常ホール効果 / トポロジカルホール効果 / スピン軌道トルク
Outline of Final Research Achievements	This research is aimed to develop novel magnetotransport properties in antiferromagnets and skyrmions with noncollinear spin structures. By using bilayers of antiferromagnetic Mn3GaN and spin source BiSb, ultra-low-current-density switching of 5X105 A/cm2 was achieved by spin-orbit-torque effect. With the use of chiral β-Mn type ferromagnets (Fe2-yPdyMo3N; FPMN) and antiferromagnets (Co2-yPdyMo3N; CPMN), attention was paid to the Pd content in terms of controling Dzyaloshinski-Moriya interaction. In ferromagnetic FPMN, formation of skyrmions with small size of 60 nm and high-Tc of 600 ℃ was identified by topological Hall effect, Lorentz-TEM, and XMCD spectroscopy. In antiferromagnetic CPMN, the room-temperature canted antiferromagnetic phase was found, and through the magnetic phase transition, the low-temperature ferrimagnetic phase appeared. By using AHE, THE, and noncollinear magnetoresistance, possible formation of room-temperature antiferromagnetic skyrmion was suggested.
Free Research Field	スピントロニクス、磁性薄膜物性
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	ノンコリニア反強磁性体における室温、無磁場、超低電流密度（5x105 A/cm2）のスピン軌道トルク磁化スイッチングの実は、磁気メモリーの低消費電力書込動作を実証するものであり、次世代スピントロニクスに向けた重要な意義を持つ。反転対称性の破れた充填β-Mn構造磁性体において、Dzyaloshinski-Moriya相互作用と電子状態密度の同時制御により、従来より特性の優れた強磁性スキルミオンが実現され、およびこれまでに報告例のない反強磁性スキルミオンの可能性が示された。これらの知見は、今後のスキルミオン物質探索、並びにロジックデバイス応用へのスキルミオン研究における重要な指針となる。