hydrodynamic transport properties of high-density skyrmion flows

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01029
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Nagao Masahiro 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (80726662)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大島 大輝 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (60736528)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: スキルミオン / スピントロニクス

Outline of Final Research Achievements

The study focused on the motion of high-density skyrmion states based on hydrodynamics. Initially, using the sputtering method, skyrmion-hosting Ta(5)/Co20Fe60B20(1)/Ta(0.08)/MgO(2)/Ta(5) multilayers were prepared. However, it was challenging to achieve high-density skyrmions using these multilayers. As a result, the study explored different multilayers, specifically Pt/Co/Ta, but encountered similar difficulties. Nevertheless, by adjusting sputtering conditions, the study successfully enhance the Dzyaloshinskii-Moriya interaction, leading to the generation of spontaneous skyrmions. This breakthrough also facilitated the detection of reading error-detectable in racetrack memory.

Free Research Field

スピントロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

実験において最適なスキルミオン密度を得ることは困難であったものの、研究過程でCMOSとの親和性が高いために工業的に利点があるスパッタリング法でジャロシンスキー・守谷相互作用の増強に成功し、磁場フリースキルミオンの生成に成功したことは、今後のスピントロニクス応用においてデバイス微細化が見込まれ、新たなスピントロニクスデバイスの創製に繋がる成果である。読み取りエラー検出可能なレーストラックメモリの提案はこれら成果によって初めて実現可能となったものであり、今後の省エネルギーコンピューティングの実現へ貢献するものである。