2021 Fiscal Year Research-status Report
逆スピンホール効果による電流と三次元スピン偏極分布の同時測定
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21K05015
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| Research Institution | 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発 |
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Principal Investigator |
花島 隆泰 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 研究員 (10411240)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
湯浅 裕美 (福澤裕美) 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (20756233)
黒川 雄一郎 九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (20749535)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | スピン軌道トルク / 磁化反転 / 偏極中性子反射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピン軌道トルク現象を用いた書き込み方式は次世代の磁気メモリとして期待されている。スピン軌道トルクとは、非磁性重金属層と磁性層からなる積層体に電流を流した時に、重金属中のスピン流が磁性層に染み出して、磁化にトルクを与え、ひいては磁化反転を誘発する現象である。磁化反転効率が高いものほど、低電流での磁化反転が実現し、超低消費電力のデータ書き込みが可能となる。本研究では、磁化反転効率や、磁化の膜内分布を世界で初めて明らかにし、学術的成果のみならず産業貢献をも追求する。
本研究では下記のことを行う。(1) スピン軌道トルクを誘起させるための高い電流密度と、偏極中性子反射/散乱実験で必要とされる試料体積を両立させる試料設計と合成を行う。本申請ではリソグラフィを使いデバイスを数万本配列させることで、これを実現させる。(2) スピン軌道トルク誘起のための高周波電流源とロックインアンプの偏極中性子反射ビームラインへの導入を進める。(3) 試料への交流電流印加および偏極中性子反射率測定における同期解析技術の確立をする。(4) 界面の化学的および磁気的ランダム性と非磁性金属の磁化分布を評価する。
これまでスピン軌道トルクを誘起させるための高い電流密度と、偏極中性子反射/散乱実験で必要とされる試料体積を両立させる試料として磁性層と電流層の電極形状や回路設計、熱の計算を行い、試料の試作を行った。
同試料に関して電流印加無しの状態で顕微鏡と、偏極中性子反射率/偏極中性子オフスペキュラー散乱を用いて、静的状態のデバイスの観察を行った。その結果を量子ビームサイエンスフェスタで発表した(花島隆泰ら、弱磁場条件下の偏極中性子オフスペキュラー散乱と磁気コントラストバリエーション中性子反射法開発)。上記は、電流印加時の挙動のリファレンスとなる重要なデータである。
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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
2021年度は”逆スピンホール効果による電流と三次元スピン偏極分布の同時測定"に向けた装置の仕様検討と偏極中性子反射率試料の試作を行った。以下にこれらの進捗と成果について述べる。
電流と三次元スピン偏極分布の同時測定の装置に関しては、ファンクションジェネレータを購入し、既に所有しているソースメータと組み合わせて電流測定系を構築した。
試料は磁性層と電流層の電極形状や回路設計、熱の計算を行い、試料の試作を行った。
偏極中性子利用に関しては、2021年度、2022年度ともにビームタイムを確保し、2023年度の利用申請に関しても共同研究者と申請書を検討している。
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| Strategy for Future Research Activity |
3次元スピン偏極分布の同時測定のためには、偏極中性子反射率ビームラインに電流印加の回路と試料を固定する必要がある。この装置を製作し、”逆スピンホール効果による電流と三次元スピン偏極分布の同時測定"は2022年度に行っていくために準備中である。
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| Causes of Carryover |
研究分担者とともに試料合成/設計を行っていくうちに、当初の目論見の電流誘起によるスピン流発生は熱の問題が大きいため、誘起源を
変更することにした。誘起源に高周波源を用いることとし、その高周波源を購入する。高周波源の購入のため、前倒し支払い請求することとしたい。
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Research Products
(3 results)
