Unveiling the spin torque induced dynamics of non-collinear antiferromagnet and its application

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22409
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0302:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Takeuchi Yutaro 東北大学, 材料科学高等研究所, 特任助教 (10882136)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: スピントロニクス / 反強磁性 / スピントルク / ワイル半金属 / スピン軌道トルク

Outline of Final Research Achievements

This study aims to investigate quantum effects and spin torque-induced dynamics in non-collinear antiferromagnetic thin films and their applications. We have clarified the mechanisms of anomalous Hall and magneto-optical Kerr effects in non-collinear antiferromagnetic Mn3Sn thin films. In addition to spin torque-induced switching of non-collinear antiferromagnet, we have succeeded in observing the chiral-spin rotation, which is a phenomenon not seen in conventional collinear magnetic systems. These phenomena can be used for memory, random number generator, oscillation device, etc. And this research has successfully paved the way for the application of novel spintronics devices based on noncolinear magnetic structures.

Free Research Field

スピントロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

スピントロニクスでは「磁性材料の電気的制御」が最重要課題の一つである。従来、強磁性体がその制御の対象として研究されてきたが、近年、磁化がゼロの反強磁性体が注目されている。本研究ではその中でも巨大な異常ホール効果などの特異な性質を持つ、ノンコリニア反強磁性体に着目した。スピントルクによるノンコリニア反強磁性体のスピン構造の電流誘起反転を示すとともに、新規現象であるスピン構造の回転現象を発見した。加えてノンコリニア反強磁性体薄膜の種々の量子効果の生成因子も明らかにした。本研究によって、ノンコリニア反強磁性体を用いた新機能・高効率なスピントロニクスデバイスへの展開が期待される。