2022 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of spin torque in transition metal-rare earth metal ferrimagnet based on 2 component spin torque term
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21K14487
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
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 – 2023-03-31
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| Keywords | 希土類フェリ磁性体 / スピントルク / マイクロマグネティックシミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
希土類フェリ磁性薄膜は希土類磁性元素と遷移金属磁性元素による二つの種類の磁化を持ち、スピントルクの寄与が構成元素ごとに異なることが予想されたが、これまで元素ごとの寄与は考慮されてこなかった。したがって、この寄与を含めた希土類フェリ磁性体のスピントルクを調べることが本研究の目的である。
初めに、希土類フェリ磁性体TbGdFe合金を用いて室温の測定からスピントルク係数を見積もる研究を行った。その結果、GdFe合金にTbを添加していくと、Tb8at%以上の組成でTaをスピントルク注入層として用いた場合にスピントルクが観測されなくなるという結果を得た。一方で、WやPtをスピントルク注入物質として用いた場合は、Tb8at%以上の組成でもスピントルクが観察された。これは、Tb添加によりTaのみ選択的にスピントルクを不活性化するという重要な結果である。次に、フェリ磁性の二成分の磁化を用いたマイクロマグネティックシミュレーションについて、その構築と基礎的な検討を行った。GdFeCo合金をモデル物質とし、補償組成付近でスピントルクによる磁化発振を数値解析したところ、二つの磁化成分の複雑な働きにより、従来よりも高い周波数で発振が可能になることが分かった。これらの結果は、希土類フェリ磁性体の二成分の磁化に起因した新たな磁化ダイナミクスを明らかにした重要な結果であると考えられる。次に、GdFeCo合金をモデル物質とし、円柱状ナノワイヤの中の磁壁移動を計算機実験によって解析した。その結果、GdFeCo合金は従来の磁性合金に比べ、同じ電流値でも6倍速く動かせることが分かった。また、磁壁の導入方法によりHBPとTDWの二種類の磁壁が表れ、特に、TDWでは磁壁を動かすための最小の電流密度がほぼゼロであり、TDWを導入できれば磁壁の制御に有利であることが分かった。
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