2023 Fiscal Year Annual Research Report
酸化物界面を用いた高効率スピン流電流変換の実証とスピントロニクスデバイスの創出
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22KJ0615
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高田 真悟 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / スピン流-電流変換 / ペロブスカイト酸化物 / 分子線エピタキシー法 / ワイルフェルミオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ペロブスカイト酸化物界面の二次元電子ガスを用いたスピン流-電流相互変換の物理現象開拓と超低消費電力動作可能なメモリの実現を目指した。
分子線エピタキシー法を用いて、高品質(La,Sr)MnO3/LaTiO3/SrTiO3構造を作製し、全ての材料系で最高効率のスピン流-電流変換を記録した。また、放射光施設を用いたバンド構造評価と理論計算を組み合わせることで、高効率スピン流-電流変換の起源を明らかにした。
続いて、メモリ応用に向けて、強磁性ペロブスカイト型酸化物SrRuO3に着目し、分子線エピタキシー法を用いてSrTiO3基板上に作製を行った。構造評価と電気伝導評価から、世界最高品質クラスのSrRuO3薄膜の作製に成功した。磁化や電気伝導の膜厚依存性に関して詳細な調査を行い、メモリ応用に向けた最適な膜厚、抵抗値、磁化特性などの知見を得ることができた。さらに、角度を変えながら高磁場測定を行うことで、ワイルフェルミオンにおけるフェルミアーク由来の二次元伝導が観測された。また、意図的にRuを欠損させたSrRuO3薄膜を作製し、膜厚依存性を調べた。Ruが欠損したSrRuO3薄膜では、5 nm以下でトポロジカルホール効果に似た異常ホール効果が観測された。以上の結果を、膜厚、品質、温度からなる相図で示すことで、SrRuO3の磁気伝導現象を包括的に理解することに成功した。最後に、SrとRuの化学量論比が一致した高品質SrRuO3薄膜と意図的にRuを欠損させたSrRuO3薄膜において、スピン流-電流変換効率を調べた。SrとRuの化学量論比が一致しているほど、変換効率が高くなることが分かった。
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[Presentation] Efficient spin-orbit-torque single-layer magnetization switching in SrRuO3 induced by enhanced spin Berry curvature by oxygen octahedral rotation2024
Author(s)
H. Horiuchi, Y. K. Wakabayashi, Y. Araki, J. Ieda, M. Yamanouchi, S. Kaneta-Takada, Y. Taniyasu, H. Yamamoto, Y. Krockenberger, M. Tanaka, and S. Ohya
Organizer
第27回半導体スピン工学の基礎と応用
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[Presentation] Giant spin-valve effect and gate modulation in nano-channel oxide devices made using metal-insulator transition2024
Author(s)
T. Endo, S. Tsuruoka, Y. Tadano, S. Kaneta-Takada, Y. Seki, M. Kobayashi, L. D. Anh, M. Seki, H. Tabata, M. Tanaka, and S. Ohya
Organizer
強的秩序とその操作に関わる 第18回 講演会 ＆ 学術変革B 超軌道分裂による新奇巨大界面応答 第2回研究成果報告会
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[Presentation] Alternation of Magnetic Anisotropy Accompanied by Metal-Insulator Transition in Strained Ultrathin Manganite Heterostructures2023
Author(s)
M. Kobayashi, L. D. Anh, M. Suzuki, S. Kaneta-Takada, Y. Takeda, S. Fujimori, G. Shibata, A. Tanaka, M. Tanaka, S. Ohya, and A. Fujimori
Organizer
MRM2023/MRS-ICA2023 Ground Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] High-mobility two-dimensional carriers from surface Fermi arcs in ferromagnetic Weyl semimetal SrRuO3 films2023
Author(s)
Y. K. Wakabayashi, S. Kaneta-Takada, Y. Krockenberger, T. Nomura, Y. Kohama, H. Irie, K. Takiguchi, S. Ohya, M. Tanaka, Y. Taniyasu, and H. Yamamoto
Organizer
2023 MRS fall meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] Giant spin-valve effect and FET operation in nano-channel oxide devices made using metal-insulator transition2023
Author(s)
T. Endo, S. Tsuruoka, Y. Tadano, S. Kaneta-Takada, Y. Seki, M. Kobayashi, L. D. Anh, M. Seki, H. Tabata, M. Tanaka, and S. Ohya
Organizer
29th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE-29)
Int'l Joint Research
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