電界による磁壁駆動に関する研究

• 研究課題/領域番号: 15H05419
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小山 知弘 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60707537)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 24,570千円 (直接経費: 18,900千円、間接経費: 5,670千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2017年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2016年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2015年度: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円)
• キーワード: 磁壁ダイナミクス / 磁性の電界制御 / 強磁性薄膜 / スピントロニクス / 磁壁 / 電界制御 / スピンエレクトロニクス / スピン軌道相互作用 / 磁性 / 磁気記録 / 物性実験 / 磁壁駆動

研究成果の概要

電界による磁壁駆動を目的として、電界効果を利用した磁壁ダイナミクス制御に関する研究を行った。得られた主な成果を以下にまとめる。1. ジャロシンスキー・守谷相互作用の電界変調を通した高速磁壁移動の制御に成功した[Science Advances (2018)]。2. 磁化反転過程(磁壁移動型かニュークリエーション型か)に依存して保磁力の電界変調の符号が反転することを見出した。[Phys. Rev. B (2017)] 3. 電界誘起相転移と強磁性ゲート電極を組み合わせて外部磁場を印加することなく強磁性ワイヤ中への磁区書き込みを実証した。[Appl. Phys. express (2018)]。

研究成果の学術的意義や社会的意義

高度情報化社会を迎えた現在、電界効果を利用した磁壁移動制御は、磁気メモリのさらなる高速化・消費電力化を可能にする将来の基盤技術として期待されている。本研究成果は、メモリにおける電力消費のかなりの割合を占める情報書き込み動作の省エネ化に貢献し、を実用に要求されるレベルの高速磁壁移動をも電界で制御可能であることを示した点で社会的意義は大きい。また、高速磁壁移動の電界制御は世界初であるとともに、長らく未解決であった保磁力変化の符号反転に一つの答えを導き出したことは学術的に重要である。

研究成果

• [雑誌論文] Microscopic Investigation into the Electric Field Effect on Proximity-Induced Magnetism in Pt (2018)
  • 著者名/発表者名: K.T. Yamada, M. Suzuki, A.-M. Pradipto, T. Koyama, S. Kim, K.-J. Kim, S. Ono, T. Taniguchi, H. Mizuno, F. Ando, K. Oda, H. Kakizakai, T. Moriyama, K. Nakamura, D. Chiba, and T. Ono
  • 雑誌名: Physical Revew Letters 巻: 120 号: 15 ページ: 157203-157203
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.157203
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electric-field-induced magnetic domain writing in a Co wire (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanaka, T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 号: 5 ページ: 053005-053005
  • DOI: 10.7567/apex.11.053005
  • NAID: 210000136196
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Correlation of the Dzyaloshinskii?Moriya interaction with Heisenberg exchange and orbital asphericity (2018)
  • 著者名/発表者名: Kim Sanghoon、Ueda Kohei、Go Gyungchoon、Jang Peong-Hwa、Lee Kyung-Jin、Belabbes Abderrezak、Manchon Aurelien、Suzuki Motohiro、Kotani Yoshinori、Nakamura Tetsuya、Nakamura Kohji、Koyama Tomohiro、Chiba Daichi、Yamada Kihiro. T.、Kim Duck-Ho、Moriyama Takahiro、Kim Kab-Jin、Ono Teruo
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1648-1648
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04017-x
  • NAID: 120006462508
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electric field effect on exchange interaction in ultrathin Co films with ionic liquids (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi Mio、Yamada Kihiro T.、Shiota Yoichi、Ando Fuyuki、Koyama Tomohiro、Kakizakai Haruka、Mizuno Hayato、Miwa Kazumoto、Ono Shimpei、Moriyama Takahiro、Chiba Daichi、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 号: 6 ページ: 063002-063002
  • DOI: 10.7567/apex.11.063002
  • NAID: 210000136240
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic origin of electric-field-induced modulation of Curie temperature in cobalt (2018)
  • 著者名/発表者名: Ando Fuyuki、Yamada Kihiro T.、Koyama Tomohiro、Ishibashi Mio、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Chiba Daichi、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 号: 7 ページ: 073002-073002
  • DOI: 10.7567/apex.11.073002
  • NAID: 210000136281
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric field effect on magnetism in a MgO/Pd/Co system with a solid-state capacitor structure (2018)
  • 著者名/発表者名: Obinata Aya、Hirai Takamasa、Kotani Yoshinori、Toyoki Kentaro、Nakamura Tetsuya、Koyama Tomohiro、Chiba Daichi
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 8 号: 11 ページ: 115122-115122
  • DOI: 10.1063/1.5039680
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic domain writing defined by electrical gating in Pt/Co film (2018)
  • 著者名/発表者名: Ando Fuyuki、Ishibashi Mio、Koyama Tomohiro、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Chiba Daichi、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 113 号: 25 ページ: 252402-252402
  • DOI: 10.1063/1.5078553
  • NAID: 130007736749
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric field control of magnetic domain wall motion via modulation of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction (2018)
  • 著者名/発表者名: Koyama Tomohiro、Nakatani Yoshinobu、Ieda Jun’ichi、Chiba Daichi
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 4 号: 12 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1126/sciadv.aav0265
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electric-field effect on magnetic anisotropy in Pt/Co/Pd/MgO structures deposited on GaAs and Si substrates (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Hayashi, Y. Hibino, F. Matsukura, K. Miwa, S. Ono, T. Hirai, T. Koyama, H. Ohno, and D. Chiba
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 号: 1 ページ: 0130031-3
  • DOI: 10.7567/apex.11.013003
  • NAID: 210000136076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of magnetism by electrical charge doping or redox reactions in a surface-oxidized Co thin film with a solid-state capacitor structure (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 112 号: 12 ページ: 1224081-5
  • DOI: 10.1063/1.5020932
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current-induced magnetic domain wall motion in Pt/Co/Pd and Pd/Co/Pt structures with opposite sign of Dzyaloshinskii-Moriya interaction (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Guan, T. Koyama, and D. Chiba
  • 雑誌名: AIP advances 巻: 7 号: 8 ページ: 0851231-3
  • DOI: 10.1063/1.4986264
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enhancement of the spin-orbit torque in a Pt/Co system with a naturally oxidized Co layer (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Hibino, T. Koyama, S. Sumi, H. Awano, K. Miwa, S. Ono, M. Kohda, and D. Chiba
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 111 号: 13 ページ: 1324041-5
  • DOI: 10.1063/1.4995292
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electric-field-induced on/off switching of the Faraday effect (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Hibino, T. Koyama, S. Sumi, H. Awano, K. Miwa, S. Ono, M. Kohda, and D. Chiba
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 10 号: 12 ページ: 1232011-4
  • DOI: 10.7567/apex.10.123201
  • NAID: 210000136044
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of the magnetization reversal mechanism on the electric field modulation of coercivity in Pt/Co structures (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama and D. Chiba
  • 雑誌名: Physical Revew B 巻: 96 号: 22 ページ: 2244091-4
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.224409
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical control of superparamagnetism (2017)
  • 著者名/発表者名: Kihiro T. Yamada, Tomohiro Koyama, Haruka Kakizakai, Kazumoto Miwa, Fuyuki Ando, Mio Ishibashi, Kab-Jin Kim, Takahiro Moriyama, Shimpei Ono, Daichi Chiba
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 10 号: 1 ページ: 013004-013004
  • DOI: 10.7567/apex.10.013004
  • NAID: 210000135726
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetization switching by spin-orbit torque in Pt with proximity-induced magnetic moment (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, Y. Guan, Y. Hibino, M. Suzuki, and D. Chiba
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 121 号: 12 ページ: 123903-123903
  • DOI: 10.1063/1.4978965
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Switching local magnetization by electric-field-induced domain wall motion (2016)
  • 著者名/発表者名: Haruka Kakizakai, Fuyuki Ando, Tomohiro Koyama, Kihiro Yamada, Masashi Kawaguchi, Sanghoon Kim, Kab-Jin Kim, Takahiro Moriyama, Daichi Chiba, and Teruo Ono
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 9 号: 6 ページ: 063004-063004
  • DOI: 10.7567/apex.9.063004
  • NAID: 210000137938
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Control of magnetic anisotropy in Pt/Co system using ionic liquid gating (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Hirai, T. Koyama, A. Obinata, Y. Hibino, K. Miwa, S. Ono, M. Kohda, and D. Chiba
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 9 号: 6 ページ: 063007-063007
  • DOI: 10.7567/apex.9.063007
  • NAID: 210000137941
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Modulation of the magnetic domain size induced by an electric field (2016)
  • 著者名/発表者名: F. Ando, H. Kakizakai, T. Koyama, K. Yamada, M. Kawaguchi, S. Kim, K.-J. Kim, T. Moriyama, D. Chiba, and T. Ono
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 109 号: 2 ページ: 022401-022401
  • DOI: 10.1063/1.4955265
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Peculiar temperature dependence of electric-field effect on magnetic anisotropy in Co/Pd/MgO system (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Hibino, T. Koyama, A. Obinata, T. Hirai, S. Ota, K. Miwa, S. Ono, F. Matsukura, H. Ohno, and D. Chiba
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 109 号: 8 ページ: 082403-082403
  • DOI: 10.1063/1.4961621
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stress-induced large anisotropy field modulation in Ni films deposited on a flexible substrate (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Asai, S. Ota, T. Namazu, T. Takenobu, T. Koyama, D. Chiba
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 120 号: 8 ページ: 083906-083906
  • DOI: 10.1063/1.4961564
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin-dependent transport and current modulation in a current-in-plane spin-valve field-effect transistor (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kanaki, T. Koyama, D. Chiba, S. Ohya, and M. Tanaka
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 109 号: 15 ページ: 1524031-4
  • DOI: 10.1063/1.4964419
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dielectric and magnetic characterizations of capacitor structures with an ionic liquid/MgO barrier and a ferromagnetic Pt electrode (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Hayakawa, A. Obinata, K. Miwa, S. Ono, T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 6 号: 11 ページ: 115305-115305
  • DOI: 10.1063/1.4967343
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Confirmation of no structural and chemical changes in Curie temperature variable Co ultrathin films by electric field (2016)
  • 著者名/発表者名: Y.Wakabayashi, H.Fujii, T.Kimura, O.Sakata, H.Tajiri, T.Koyama, and D.Chiba
  • 雑誌名: Z. Phys. Chem. 巻: 230 号: 4 ページ: 569-575
  • DOI: 10.1515/zpch-2015-0648
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Strain-induced reversible modulation of the magnetic anisotropy in perpendicularly magnetized metals deposited on a flexible substrate (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinya Ota, Yuki Hibino, Do Bang, Hiroyuki Awano, Takahiro Kozeki, Hirokazu Akamine, Tatsuya Fujii, Takahiro Namazu, Taishi Takenobu, Tomohiro Koyama, Daichi Chiba
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 22 号: 4 ページ: 43004-43004
  • DOI: 10.7567/apex.9.043004
  • NAID: 210000137854
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ferromagnetic resonance measurements in sub-nanometer Fe films (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Mizuno, T. Moriyama, M. Kawaguchi, M. Nagata, K. Tanaka, T. Koyama, D. Chiba, and T. Ono
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 号: 7 ページ: 073003-073003
  • DOI: 10.7567/apex.8.073003
  • NAID: 210000137585
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electric-field control of magnetic moment in Pd (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Obinata, Y. Hibino, D. Hayakawa, T. Koyama, K. Miwa, S. Ono, and D. Chiba
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 143031-9
  • DOI: 10.1038/srep14303
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electric-Field Modulation of Magnetic Anisotropy in Perpendicularly Magnetized Pt/Co Structure with a Pd Top Layer (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Hibino, T. Koyama, A. Obinata, K. Miwa, S. Ono, and D. Chiba
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 号: 11 ページ: 1130021-3
  • DOI: 10.7567/apex.8.113002
  • NAID: 210000135861
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Determination of effective field induced by spin-orbit torque using magnetic domain wall creep in Pt/Co structure (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama and D. Chiba
  • 雑誌名: Physical Revew B 巻: 92 号: 22
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.220402
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 磁壁ダイナミクスの電界制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小山知弘
  • 学会等名: 東北大学電気通信研究所共同プロジェクト発表会
  • 招待講演
• [学会発表] Electric field effect on exchange interaction in ultra-thin Co films with ionic liquids (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Ishibashi, K. Yamada, Y. Shiota, F. Ando, T. Koyama, H. Kakizakai, H. Mizuno, K. Miwa, S. Ono, T. Moriyama, D. Chiba, T. Ono
  • 学会等名: International Conference on Magnetism(ICM2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic domain writing defined by electrical gating in Pt/Co film. (2018)
  • 著者名/発表者名: F. Ando, M. Ishibashi, T. Koyama, Y. Shiota, T. Moriyama, D. Chiba, T. Ono
  • 学会等名: International Conference on Magnetism(ICM2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic domain writing defined by electrical gating in pt/co film (2018)
  • 著者名/発表者名: F. Ando, M. Ishibashi, T. Koyama, Y. Shiota, T. Moriyama, D. Chiba, T. Ono
  • 学会等名: the 23rd International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces (ICMFS-2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Electric field control of proximity-induced magnetic moment in Pd with solid-state gating (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Obinata, T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 学会等名: 10th International School and Conference on Physics and Applications of Spin Phenomena in Solids (PASPS10)
  • 国際学会
• [学会発表] Electric field modulation of magnetic domain wall velocity in Pt/Co/Pd structure (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, Y. Nakatani, J. Ieda, D. Chiba
  • 学会等名: 9th Joint European Magnetic Symposia (JEMS) 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Electric field effect on magnetic domain wall motion in Pt/Co/Pd structures (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, D. Chiba
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Manipulation of magnetic domain and domain wall using electrical current (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama
  • 学会等名: The Collaborative Conference on Spin Dynamics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Control of magnetic domain structure using spin orbit torque (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, Y. Guan, and D. Chiba
  • 学会等名: Junjiro Kanamori Memorial International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetization switching and domain wall motion induced by current-induced torque in perpendicularly magnetized materials (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama
  • 学会等名: EMN Meeting on Spintronics
  • 発表場所: South point Hotel, LasVegas (USA)
  • 年月日: 2016-10-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Bistable magnetization switching induced by the spin-orbit torque in Pt/Co/Pd structure against the thermal disturbance (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, Y. Guan, and D. Chiba
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ 新潟県新潟市
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] Determination of spin-orbit torque effective field from magnetic domain wall creep velocity (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama and D. Chiba
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京都目黒区)
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] Electric field control of magnetic moment in palladium (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Obinata, Y. Hibino, T. Koyama, K. Miwa, S. Ono, and D. Chiba
  • 学会等名: Magnetics and Optics Research International Symposium 2015 (MORIS)
  • 発表場所: Toyohashi University of Technology - Universiti Sains Malaysia Technology Collaboration Centre in Penang(Malaysia Penang)
  • 年月日: 2015-12-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dependence of Curie temperature on the thickness of Pt layer in Co/Pt system (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, A. Obinata, Y. Hibino, A. Hirohata, B. Kuerbanjiang, V. Lazarov, and D. Chiba
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism(ICM)
  • 発表場所: Palau de Congressos de Catalunya(Spain Barcelona)
  • 年月日: 2015-07-06
  • 国際学会
• [図書] 磁性材料・部品の最新開発事例と応用技術 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小山知弘
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861047053
• [備考] 磁石の中を高速に伝播する”磁気の壁”の運動を電圧で制御することに成功
  • URL: https://www.t.u-tokyo.ac.jp/foe/press/setnws_201812251037471597902553.html