Manipulation of spin-orbit torque in a spin-orbit ferromagnet single layer for future spin devices
| Project/Area Number |
20F20366
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 外国 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
| Host Researcher |
田中 雅明 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30192636)
|
|---|
| Foreign Research Fellow |
JIANG MIAO 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 外国人特別研究員
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-11-13 – 2023-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
|
| Budget Amount *help |
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥300,000 (Direct Cost: ¥300,000)
|
|---|
| Keywords | スピン / スピン軌道トルク / 磁化反転 / 強磁性半導体 / 垂直磁化 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
スピン軌道トルク(SOT)を用いた磁化制御の研究を行う。これまでの実績で強磁性半導体GaMnAsの垂直磁化膜に電流を流すだけで従来の1/100程度の電流密度で磁化反転させることに成功しているが、さらに磁化反転のメカニズムを解明し、field-like torque項, damping like torque項など様々なトルクの物理機構を解明し、それらを制御することによって、さらなる電流密度と消費電力の低減を目指す。また、強磁性半導体の特長を生かし、電圧によってスピン軌道相互作用、SOTおよび磁化を制御する技術を確立し、超低消費電力で動作する新しい原理のスピンデバイスをつくる。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
不揮発性メモリや不揮発性論理回路を低消費電力で動作させることは極めて重要であり、スピントロニクスデバイスを作製、特に情報を担う強磁性層の磁化を制御し、磁化反転を低消費電力で行うことが不可欠である。最も有望な技術であるスピン軌道トルク(SOT)を用いた磁化制御の研究を行った。
・強磁性半導体の単層薄膜を用いて、電流を流すことによって生じるスピン軌道トルクという力を利用して、世界最小の電流密度4.6×104 A /cm2で磁化反転に成功した。これは広く行われている金属多層膜におけるスピン軌道トルクによる磁化反転で必要とされる電流密度（約107 A/cm2）よりも3桁程度小さな値である。
・従来の金属多層膜におけるスピン軌道トルクによる磁化反転の研究とは異なり、強磁性半導体の単層薄膜に電流を流すだけで、磁化が180°反転することを示した。結晶軸に対する電流の方向と薄膜の膜厚を最適化することにより、磁化反転を阻害しているトルク成分を抑制できることを明らかにし、それにより磁化反転電流密度を大幅に低減した。
・本研究の成果は、磁化反転に必要な電力を低減できる新たな材料開拓や素子構造探索の契機となることが期待される。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
強磁性半導体の単層薄膜を用いて、電流を流すことによって生じるスピン軌道トルクという力を利用して、世界最小の電流密度4.6×10^4 A /cm2で磁化反転に成功した。これは広く行われている金属多層膜におけるスピン軌道トルクによる磁化反転で必要とされる電流密度（約10^7 A/cm2）よりも3桁程度小さな値である。この成果を Nature Electronics に出版した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
スピン軌道トルクによる磁化反転のメカニズムを解明し、ダンピングライクトルクとフィールドライクトルクの寄与を明らかにする。さらなる高効率・低電流密度での時価反転を目指す。
|
Report
(1 results)
Research Products
(7 results)
