2017 Fiscal Year Annual Research Report
界面磁性を利用したスピン変換現象の研究
Publicly Offered Research
Project Area | nano spin conversion science |
Project/Area Number |
17H05182
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
三輪 真嗣 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (20609698)
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Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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Keywords | スピントロニクス |
Outline of Annual Research Achievements |
Fe/MgO界面に重金属を1原子層挿入したトンネル接合を作製した。挿入元素として5d元素のPt及び6p元素のBiを挿入した接合を作製した。膜構造はMgO(001)基板/V(30 nm)/Fe(0.4-0.6 nm)/Pt及びBi/MgOバリア(1.4 nm)/Fe(10 nm)及びV (5 nm)/Au(5 nm)。測定は直流電流による磁気抵抗効果の評価加え、スピントルクダイオード効果によるスピントルク評価を行った。 薄膜構造解析の結果、bcc-Fe(001)上にfcc-Pt(001)が形成されることがわかった。一方でbcc-Fe(001)上のBiは0.5 nm以下では下地Fe同様の格子定数を有する構造になった。一方で0.5nm以上4nm付近までは単純立法格子の準安定構造になった。これ以上の厚膜ではhcp(0001)-likeになった。MgOバリアの成長はPt膜厚に関係なくNaCl-typeのMgO(001)が形成されたが、Bi接合ではBiが非常に薄い0.5nm以下の時にのみMgO(001)成長を確認した。 電気測定の結果、Pt挿入接合は磁気抵抗効果がPtを挿入により減少するものの、0.3nmをPtを挿入しても磁気抵抗比の減少は50%程度に留まることがわかった。一方で磁化平行時の電気抵抗はほぼPtに依存しなかった。スピントルクダイオード効果からはPtを約1原子層挿入した付近でスピントルクが最大になることがわかった。一方でBiを挿入したトンネル接合はPt挿入接合とは全く異なる物性を示した。磁気抵抗効果及び磁化平行時の電気抵抗はBi挿入と共に減少し、ほぼ1原子層Biを挿入すると磁気抵抗比は1/10に、電気抵抗は1/100になることがわかった。このような急激な変化があるにも関わらず、はBiを挿入しても磁気トンネル接合のスピントルクは大きさがほぼ変わらないという予想外の結果を得た。
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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
PtやBiを挿入した良質なトンネル接合の作製に成功し、研究は予定通り順調に進んでいる。
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Strategy for Future Research Activity |
前述のようにPtやBiを挿入した良質なトンネル接合の作製に成功し、研究は予定通り順調に進んでいる。Pt挿入トンネル接合と Bi挿入トンネル接合で大きく異なる結果が出ることは予想できなかったが、次年度のトンネル分光や追加構造解析によってこれを解明する。次年度は最終年度であるため、これらの方策によりこれまでに得た現象を体系的に理解し、スピントルク増大を可能にする材料設計指針明確化を目指す。
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[Journal Article] Effect of external magnetic field on locking range of spintronic feedback nano oscillator2018
Author(s)
H. Singh, K. Konishi, A. Bose, S. Bhuktare, S. Miwa, A. Fukushima, K. Yakushiji, S. Yuasa, H. Kubota, Y. Suzuki, and A. A. Tulapurkar*
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Journal Title
AIP Advances 8, 056010 (2018)
Volume: 8
Pages: 1-5
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Electric-field-induced changes of magnetic moments and magnetocrystalline anisotropy in ultrathin cobalt films2017
Author(s)
T. Kawabe, K. Yoshikawa, M. Tsujikawa*, T. Tsukahara, K. Nawaoka, Y. Kotani, K. Toyoki, M. Goto, M. Suzuki, T. Nakamura, M. Shirai, Y. Suzuki, and S. Miwa*
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Journal Title
Physical Review B 96, 220412(R) (2017)
Volume: 96
Pages: 1-16
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Integer, fractional and sideband injection locking of spintronic feedback nano-oscillator to a microwave signal2017
Author(s)
H. Singh, K. Konishi, S. Bhuktare, A. Bose, S. Miwa, A. Fukushima, K. Yakushiji, S. Yuasa, H. Kubota, Y. Suzuki, and A. A. Tulapurkar*
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Journal Title
Physical Review Applied 8, 064011 (2017)
Volume: 8
Pages: 1-16
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Voltage controlled interfacial magnetism through platinum orbits2017
Author(s)
S. Miwa*, M. Suzuki, M. Tsujikawa, K. Matsuda, T. Nozaki, K. Tanaka, T. Tsukahara, K. Nawaoka, M. Goto, Y. Kotani, T. Ohkubo, F. Bonell, E. Tamura, K. Hono, T. Nakamura, M. Shirai, S. Yuasa, and Y. Suzuki
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Journal Title
Nature Communications 8, 15848 (2017). 2017.6
Volume: 8
Pages: 1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Characterization of the magnetic moments of ultrathin Fe film in an external electric field via high-precision x-ray magnetic circular dichroism spectroscopy2017
Author(s)
T. Tsukahara, T. Kawabe, K. Shimose, T Furuta, R. Miyakaze, K. Nawaoka, M. Goto, T. Nozaki, S. Yuasa, Y. Kotani, K. Toyoki, M. Suzuki, T. Nakamura, Y. Suzuki, and S. Miwa*
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Journal Title
Japanese Journal of Applied Physics (Rapid Communications) 56, 060304 (2017). 2017.5
Volume: 56
Pages: 1-4
DOI
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[Presentation] Co/MgO多層膜における磁気モーメント及び磁気異方性の電圧変調2018
Author(s)
河辺健志, 吉川晃平, 辻川雅人, 塚原拓也, 縄岡孝平, 小谷佳範, 豊木研太郎, 後藤穣, 鈴木基寛, 中村哲也, 白井正文, 鈴木義茂, 三輪真嗣
Organizer
日本物理学会第73回年次大会
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[Presentation] Elucidation of a mechanism of voltage-controlled magnetic anisotropy in Co/MgO multilayer2018
Author(s)
T. Kawabe, K. Yoshikawa, M. Tsujikawa, T. Tsukahara, K. Nawaoka, Y. Kotani, K. Toyoki, M. Goto, M. Suzuki, T. Nakamura, M. Shirai, Y. Suzuki and S. Miwa
Organizer
平成29年度「ナノスピン変換科学」年次報告会
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[Presentation] Magnetoresistance of Pt/Fe-phthalocyanine multilayer2018
Author(s)
K. Shimose, R. Enoki, H. Gamou, T. Kawabe, T. Tsukahara, Y. Kotani, K. Toyoki, T. Nakamura, M. Goto, Y. Suzuki, J. Nitta, M. Kohda and S. Miwa
Organizer
平成29年度「ナノスピン変換科学」年次報告会
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[Presentation] Microscopic origin of voltage-controlled magnetic anisotropy in FePt/MgO epitaxial multilayer2018
Author(s)
S. Miwa, M. Suzuki, M. Tsujikawa, K. Matsuda, T. Nozaki, K. Tanaka, M. Goto, Y. Kotani, T. Ohkubo, F. Bonell, E. Tamura, K. Hono, T. Nakamura, M. Shirai, Y. Suzuki
Organizer
APS March 2018
Int'l Joint Research
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[Presentation] Electric-field-induced changes in magnetic moments and magnetic anisotropy in Co/MgO multilayer2018
Author(s)
Takeshi Kawabe, Kohei Yoshikawa, Masahito Tsujikawa, Takuya Tsukahara, Kohei Nawaoka, Yoshinori Kotani, Kentaro Toyoki, Minori Goto, Motohiro Suzuki, Tetsuya Nakamura, Masafumi Shirai, Yoshishige Suzuki, Shinji Miwa
Organizer
APS March 2018
Int'l Joint Research
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[Presentation] Synchronization of spintronics feedback nano oscillator to microwave signal2017
Author(s)
Hanuman Singh, K. Konishi, Swapnil Bhuktare, Arnab Bose, S. Miwa, A. Fukushima, K. Yakushiji, S. Yuasa, H. Kubota, Y. Suzuki, A. A. Tulapurkar
Organizer
ISAMMA(he 4th International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Voltage Controlled Magnetic Anisotropy of Ultrathin Fe and Pt Characterized by X-Ray Magnetic Circular Dichroism Spectroscopy2017
Author(s)
Takuya Tsukahara, Takeshi Kawabe, Koki Shimose, Taishi Furuta, Risa Miyakaze, Kohei Nawaoka, Minori Goto, Takayuki Nozaki, Shinji Yuasa, Yoshinori Kotani, Kentaro Toyoki, M. Suzuki, Tetsuya Nakamura, Yoshishige Suzuki, Shinji Miwa
Organizer
MRS Fall Meeting & Exhibit 2017
Int'l Joint Research
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[Presentation] Voltage Control of Interfacial Magnetic Anisotropy, Dzyaloshinskii-Moriya Interaction and Exchange Coupling in Fe/MgO-Based Artificial Multilayers2017
Author(s)
S. Miwa, K. Nawaoka, J. Cho, T. Nozaki, M. Suzuki, M. Tsujikawa, T. Tsukahara, M. Goto, F. Bonell, E. Tamura, H. Kubota, S. Tamaru, K. Yakushiji, A. Fukushima, Y. Kotani, T. Nakamura, M. Shirai, T. Ohkubo, K. Hono, C. You, S. Yuasa, Y. Suzuki
Organizer
MRS Fall Meeting & Exhibit 2017
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Role of a monoatomic Pt layer at Fe/MgO interface on electric field effects2017
Author(s)
T. Tsukahara, M. Suzuki, T. Kawabe, K. Shimose, T. Furuta, R. Miyakaze, K. Nawaoka, M. Goto, T. Nozaki, S. Yuasa, Y. Kotani, K. Toyoki
Organizer
平成29年度「ナノスピン変換科学」研究会
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[Presentation] Voltage controlled magnetic anisotropy of monatomic Pt layer at Fe|MgO interface characterized by X-ray absorption spectroscopy2017
Author(s)
塚原拓也, 鈴木基寛, 河辺健志, 下瀬弘輝, 古田大志, 宮風里紗, 縄岡孝平, 後藤穣, 野崎隆行, 湯浅新治, 小谷佳範, 豊木研太郎, 中村哲也 , 鈴木義茂, 三輪真嗣
Organizer
第78回応用物理学会秋季学術講演会
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