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電場駆動反強磁性ドメインダイナミクス

研究課題

研究課題/領域番号 16H03832
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 ナノ材料工学
研究機関大阪大学

研究代表者

白土 優  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70379121)

研究分担者 野村 光  大阪大学, 基礎工学研究科, 講師 (20506258)
中谷 亮一  大阪大学, 工学研究科, 教授 (60314374)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
19,760千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 4,560千円)
2018年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2016年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
キーワード反強磁性 / 磁壁 / 磁区 / 電気磁気効果 / ダイナミクス / Cr2O3 / ドメインダイナミクス / 反強磁性磁区 / 磁壁移動速度 / スピントロニクス / ナノ磁性 / 交換磁気異方性 / 磁性薄膜
研究成果の概要

電気磁気効果を示すCr2O3薄膜の反強磁性磁区の可視化、ならびに磁化反転の際の磁壁移動プロセスを明らかにした。特に、反強磁性磁壁移動の駆動力として、電気磁気効果(静磁場+可変電圧)を用いた電界駆動磁壁のダイナミクスを明らかにした。主な成果として、
(1)電気磁気効果による反強磁性体の磁化反転プロセスは、通常の強磁性体と同様に反転磁区の生成・磁壁移動によって進行することを明らかにし、また、(2)印加する電圧をパルス電圧とすることで反強磁性磁壁の移動速度を定量的に明らかにした。
これらの成果は、論文発表とともにプレスリリースにより情報発信済みである。

研究成果の学術的意義や社会的意義

反強磁性体のスピンの動作速度は、強磁性体のスピン動作速度と比較して約3桁高速であり、テラヘルツ領域にある。このため、反強磁性スピンの動的挙動(ダイナミクス)を制御することにより、現在の電子デバイスの数桁高速なデバイスの創生が期待できる。しかしながら、反強磁性体は強磁性体のように磁場による制御が困難であり、その制御方法が確立していない。本研究では、電気磁気効果と呼ばれる特殊な効果を利用することで、反強磁性スピンの集合体である磁区(ドメイン)の動作状態、動作速度を定量的に明らかにした。Society 5.0において、さらに重要になる超高速情報通信基盤材料の動作原理に繋がることが期待される。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 11件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (32件) (うち国際学会 13件、 招待講演 13件) 備考 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Magnetoelectric Control of Antiferromagnetic Domain of Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Thin Film Toward Spintronic Application2018

    • 著者名/発表者名
      Shiratsuchi Y.、Nguyen T. V. A.、Nakatani R.
    • 雑誌名

      Journal of the Magnetics Society of Japan

      巻: 42 号: 6 ページ: 119-126

    • DOI

      10.3379/msjmag.1811R001

    • ISSN
      1882-2924, 1882-2932
    • 年月日
      2018-11-01
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Antiferromagnetic domain wall creep driven by magnetoelectric effect2018

    • 著者名/発表者名
      Shiratsuchi Yu、Yoshida Hiroaki、Kotani Yoshinori、Toyoki Kentaro、Nguyen Thi Van Anh、Nakamura Tetsuya、Nakatani Ryoichi
    • 雑誌名

      APL Materials

      巻: 6 号: 12 ページ: 121104-121104

    • DOI

      10.1063/1.5053928

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Frustration and relaxation of antiferromagnetic domains reversed by magneto-electric field cooling in a Pt/Co/Au/Cr2O3/Pt-stacked film2018

    • 著者名/発表者名
      Shiratsuchi Yu、Watanabe Shunsuke、Yonemura Shogo、Shibata Tatsuo、Nakatani Ryoichi
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 8 号: 12 ページ: 125313-125313

    • DOI

      10.1063/1.5053136

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Observation of the magnetoelectric reversal process of the antiferromagnetic domain2018

    • 著者名/発表者名
      Shiratsuchi Yu、Watanabe Shunsuke、Yoshida Hiroaki、Kishida Noriaki、Nakatani Ryoichi、Kotani Yoshinori、Toyoki Kentaro、Nakamura Tetsuya
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 113 号: 24 ページ: 242404-242404

    • DOI

      10.1063/1.5053925

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energy condition of isothermal magnetoelectric switching of perpendicular exchange bias in Pt/Co/Au/Cr2O3/Pt stacked film2018

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Thi Van Anh、Shiratsuchi Yu、Yonemura Shogo、Shibata Tatsuo、Nakatani Ryoichi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 124 号: 23 ページ: 233902-233902

    • DOI

      10.1063/1.5047563

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Realization of a scanning soft X-ray microscope for magnetic imaging under high magnetic fields2018

    • 著者名/発表者名
      Kotani Yoshinori、Senba Yasunori、Toyoki Kentaro、Billington David、Okazaki Hiroyuki、Yasui Akira、Ueno Wakana、Ohashi Haruhiko、Hirosawa Satoshi、Shiratsuchi Yu、Nakamura Tetsuya
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 25 号: 5 ページ: 1444-1449

    • DOI

      10.1107/s1600577518009177

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Determination of specific ion positions of Cr3+ and O2- in Cr2O3 thin films and their relationship to exchange anisotropy at Co/Cr2O3 interfaces2018

    • 著者名/発表者名
      Shiratsuchi Yu、Nakano Yuuta、Inami Nobuhito、Ueno Tetsuro、Ono Kanta、Kumai Reiji、Sagayama Ryoko、Nakatani Ryoichi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 123 号: 10 ページ: 103903-103903

    • DOI

      10.1063/1.5020620

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic field dependence of threshold electric field for magnetoelectric switching of exchange-bias polarity2017

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Thi Van Anh、Shiratsuchi Yu、Kobane Atsushi、Yoshida Saori、Nakatani Ryoichi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 122 号: 7 ページ: 073905-073905

    • DOI

      10.1063/1.4991053

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pulse-voltage-driven dynamical switching of perpendicular exchange bias in Pt/Co/Au/Cr2O3/Pt thin film2017

    • 著者名/発表者名
      Thi Van Anh Nguyen, Yu Shiratsuchi, and Ryoichi Nakatani
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 10 号: 8 ページ: 083002-083002

    • DOI

      10.7567/apex.10.083002

    • NAID

      210000135947

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 電気磁気効果を利用した垂直交換バイアス反転とそのダイナミクス2017

    • 著者名/発表者名
      Thi Van Anh Nguyen, 白土 優,中谷亮一
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: 117 ページ: 47-71

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] 2.Simltaneous achievements of high perpendicular exchange bias and low coercivity by controlling ferromagnetic/antiferromagnetic interfacial magnetic anisotropy2017

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi, Wataru Kuroda, Thi Van Anh Nguyen, Yoshinori Kotani, Kentaro Toyoki, Tetsuya Nakamura, Motohiro Suzuki, Kohji Nakamura, and Ryoichi Nakatani
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 121 号: 7 ページ: 073902-073902

    • DOI

      10.1063/1.4976568

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Perpendicular Exchange Bias and Magneto-Electric Control Using Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(0001) Thin Film2016

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi and Ryoichi Nakatani
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 57 号: 6 ページ: 781-788

    • DOI

      10.2320/matertrans.ME201506

    • NAID

      130005153151

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Dynamic control of magnetic domain state of magnetoelectric antiferromagnet2019

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi
    • 学会等名
      Materials Research Meteing 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dynamic magnetoelectric control of Cr2O3 domain2019

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi
    • 学会等名
      The 13th Pasific Rim Conference of Ceramic Societies (PacRim13)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Antiferromagnetic domain control by magnetoelectric effect2019

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi
    • 学会等名
      The 10th Pasific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM10)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Pt/Co/Au/Cr2O3/Pt積層膜における垂直交換バイアスの高温再発現現象2019

    • 著者名/発表者名
      白土 優,徳永大将,中谷亮一
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Magnetic damping in Pt/Co/Cr2O3/Pt stack films with perpendicular magnetic anisotropy2019

    • 著者名/発表者名
      T. V. A. Nguyen, Y. Shiratsuchi, H. Sato, S. Ikeda, T. Endoh, and Y. Endo
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Magnetoelectric effect in Cr2O3 for electric field induced switching of interfacial magnetization in exchange biased films2018

    • 著者名/発表者名
      T. V. Anh Nguyen, Yu Shiratsuchi, Yasushi Endo, Hideo Sato, Shoji Ikeda, Tetsuo Endoh, and Ryoichi Nakatani
    • 学会等名
      Seminar on synthesis and characterzation of functional oxides for nonvoltatile memory devices
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Observation of reversal process of perpendicular exchange bias during magnetoelectric field cooling2018

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi, Shunsuke Watanabe and Ryoichi Nakatani
    • 学会等名
      International Conference on Magnetism 2018 (ICM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamic control of antiferromagnetic domain state by magnetoelectirc effect2018

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi, Thi Van Anh Nguyen, Yoshinori Kotani, Kentaro Toyoki, Tetsuya Nakamura, and Ryoichi Nakatani
    • 学会等名
      International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials (Thermec’ 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Magneto-electric control of antiferromagnetic domain2018

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi, Thi Van Anh Nguyen, Kentaro Toyoki, Yoshinori Kotani, Tetsuya Nakamura, Ryoichi Nakatani
    • 学会等名
      The 5th International Conference of Asian Union of Magnetics Societies (IcAUMS 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Temperature dependence of mangnetoelectric switching condition of perpendicular exchange bias2018

    • 著者名/発表者名
      T. V. A. Nguyen, Y. Shiratsuchi, S. Yonemura, T. Shibata, Y. Endo, R. Nakatani
    • 学会等名
      2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Pt/Co/Au/Cr2O3/Pt積層膜における電気磁気冷却による垂直交換バイアス反転過程2018

    • 著者名/発表者名
      白土 優,渡邉俊介,米村祥吾,中谷亮一
    • 学会等名
      第42回日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] スピントロニクスデバイスを基盤としたナノ計測技術の開発と物質・材料研究への展開2018

    • 著者名/発表者名
      白土 優,加藤剛志,鈴木義茂,三輪真嗣,野崎隆行,荒河一渡,小谷佳範,中村哲也
    • 学会等名
      SPring-8シンポジウム2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Antiferromagnetic layer thickness dependence of mangnetoelectric switching condition of perpendicular exchange bias2018

    • 著者名/発表者名
      Thi Van Ahn Nguyen, Yu Shiratsuchi, Syogo Yonemura, Ryoichi Nakatani
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Pt/Co/Au/Cr2O3/Pt垂直交換バイアス膜の磁化緩和過程2017

    • 著者名/発表者名
      白土 優,Thi Van Anh Nyugen,小谷佳範,三俣千春,中谷亮一,中村哲也
    • 学会等名
      日本金属学会2017年春期(第160回)大会
    • 発表場所
      首都大学東京 南大沢キャンパス
    • 年月日
      2017-03-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Influence of Pt and Au spacer layer on perpendicular exchange bias and coercivity in Pt/Co/spacer/Cr2O3/Pt stacked films2017

    • 著者名/発表者名
      Thi Van Anh Nyugen, Yu Shiratsuchi, Wataru Kuroda, Yoshinori Kotani, Kentaro Toyoki, Tetsuya Nakamura, Motohiro Suzuki, Kohji Nakamura and Ryoichi Nakatani
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Dynamical magnetoelectric switching of perpendicular exchange bias in Pt/Co/Au/Cr2O3/Pt thin film using pulse voltage2017

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi, Thi Van Anh Nguyen, Atsushi Kobane, Saori Yoshida and Ryoichi Nakatani
    • 学会等名
      62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic field dependence of threshold electric field for magnetoelectric switching of perpendicular exchange bias2017

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi, Thi Van Anh Nguyen, Atsushi Kobane, and Ryoichi Nakatani
    • 学会等名
      62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamical magnetoelectric switching of perpendicular exchange bias2017

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi
    • 学会等名
      Asia Pasific Society for Materials Research (APSMR) Annual Meeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 電気磁気効果による界面反強磁性スピン反転とそのダイナミクス2017

    • 著者名/発表者名
      白土 優
    • 学会等名
      応用物理学会/日本磁気学会スピントロニクス専門研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamic reversal of perpendicular exchange bias using magnetoelectric effect2017

    • 著者名/発表者名
      Thi Van Anh Nguyen,白土 優,中谷亮一
    • 学会等名
      磁気記録・情報ストレージ研究会(MR)研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Pt/Co/Au/Cr2O3/Pt薄膜における電気磁気効果による交換バイアス反転過程2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉駿介,白土 優,岸田憲明,Thi Van Anh Nguyen,中谷亮一,小谷佳範,豊木研太郎,中村哲也
    • 学会等名
      日本金属学会2017年秋期(第161回)講演大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] パルス電圧による交換磁気異方性反転過程の観察2017

    • 著者名/発表者名
      吉田大哲,白土 優,Thi Van Anh Nguyen,中谷亮一,小谷佳範,豊木研太郎,中村哲也
    • 学会等名
      日本金属学会2017年秋期(第161回)講演大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] スピントロニクスデバイスを基盤としたナノ計測技術の開発と物質・材料研究への展開2017

    • 著者名/発表者名
      白土 優,加藤剛志,鈴木義茂,三輪真嗣,野崎隆行,荒河一渡
    • 学会等名
      SPring-8シンポジウム2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 電磁気効果を利用した電界誘起界面反強磁性スピン反転2017

    • 著者名/発表者名
      白土 優
    • 学会等名
      第3回関西四国磁性研究会(IEEE Magnetic Society, Japan Council, Kansahi/Shikoku Joint Chapter講演会)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 垂直交換磁気異方性の方位反転と放射光を用いた原理解明2016

    • 著者名/発表者名
      白土 優
    • 学会等名
      東北大学金属材料研究所共同利用ワークショップ 3 GeV高輝度放射光SLiT-Jと産学協創
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2016-12-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Magnetic fied dependence of threshold electric field for switching exchange bias polarity2016

    • 著者名/発表者名
      Thi Van Anh Nguyen, Yu Shiratsuchi, Ryoichi Nakatani
    • 学会等名
      第40回日本磁気学会学術講演会
    • 発表場所
      金沢大学(金沢市)
    • 年月日
      2016-09-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] スピントロニクスデバイスを基盤としたナノ計測技術の開発と物質・材料研究への展開2016

    • 著者名/発表者名
      白土 優,加藤剛志,鈴木義茂,三輪真嗣,野崎隆行,荒河一渡
    • 学会等名
      SPring-8シンポジウム2016
    • 発表場所
      関西学院大学(三田市)
    • 年月日
      2016-08-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Dynamical magnetoelectric switching of perpendicular exchange bias2016

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi
    • 学会等名
      The 27th Magnetic Recording Conference
    • 発表場所
      スタンフォード大学(米国カリフォルニア州)
    • 年月日
      2016-08-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Interfacial spin reversal based on magnetoelectric effect in Pt/Co/Cr2O3/Pt films2016

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Nakatani and Yu Shiratsuchi
    • 学会等名
      9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM9)
    • 発表場所
      京都国際会議場(京都市)
    • 年月日
      2016-08-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Observation of ferromagnetic and antiferromagnetic domains in perpendicular exchange-biased system using Cr2O3 thin film2016

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi, Yoshinori Kotani, Saori Yoshida, Yasunori Yoshikawa, Kentaro Toyoki, Atsushi Kobane, Ryoichi Nanakatani and Tetsuya Nakamura
    • 学会等名
      9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM9)
    • 発表場所
      京都国際会議場(京都市)
    • 年月日
      2016-08-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magneto-electric switching of interfacial spins toward magnetic recording/memory2016

    • 著者名/発表者名
      Yu Shiratsuchi
    • 学会等名
      International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials (Thermec’ 2016)
    • 発表場所
      グラーツ(オーストリア)
    • 年月日
      2016-05-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 電気磁気効果によるCo/Cr2O3界面の垂直交換磁気異方性反転とそのダイナミクス2016

    • 著者名/発表者名
      白土 優
    • 学会等名
      日本磁気学会第208回研究会
    • 発表場所
      中央大学(東京都千代田区)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考]

    • URL

      http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/mse2/MSE2-HomeJ.htm

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/mse2/MSE2-HomeJ.htm

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 大阪大学大学院工学研究科マテリアル生産科学専攻中谷研ウェブサイト

    • URL

      http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/mse2/MSE2-HomeJ.htm

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] 薄膜構造体、磁気記憶素子、磁気記憶装置及び薄膜構造体の製造方法2016

    • 発明者名
      白土 優,Nguyen Thi Van Anh,中谷亮一
    • 権利者名
      国立大学法人 大阪大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-146726
    • 出願年月日
      2016-07-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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