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電界によるスピンダイナミクス制御と電界アシストスピン流磁化反転の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16H04328
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 電子・電気材料工学
研究機関名古屋大学

研究代表者

加藤 剛志  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50303665)

研究分担者 岩田 聡  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (60151742)
大島 大輝  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (60736528)
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
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2018年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2017年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2016年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
キーワード電子・電気材料
研究成果の概要

本研究では磁気ランダムアクセスメモリの新たな磁化反転手法として研究が進んでいるスピンホール効果を用いた磁化反転において,CoやFe超薄膜にHfO2/MgO絶縁層を介して電界を印加し,超薄膜のスピンホール磁化反転の電界印加効果を調べた.また,電界印加時,スピン流注入時のスピンダイナミクスを調べた.Co超薄膜の保磁力は電界によって43 %/(V/m),スピンホール磁化反転の臨界電流密度は20 %/(V/m)と大きな値が得られることを確認した.保磁力やスピンホール磁化反転の臨界電流密度の電界効果は絶縁層の成膜条件に大きく依存することが確認された.

研究成果の学術的意義や社会的意義

スピンホール磁化反転は磁気ランダムアクセスメモリの高密度化,高速化に有効な次世代の磁化反転技術として期待されているが,磁化反転の臨界電流密度の低減が求められている.本研究では電界という電力消費の少ない方法でこの臨界電流密度が大きく変調されることを示し,基礎,応用両面において重要な成果が得られたと考えられる.また,この臨界電流密度の変調は絶縁層の成膜条件に大きく依存することも明らかになり,今後,成膜条件の最適化により更に大きな電界効果が得られることが期待される成果も得られた.

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

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 3件、 査読あり 11件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (35件) (うち国際学会 15件、 招待講演 7件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Ion Irradiation for Planar Patterning of Magnetic Materials2019

    • 著者名/発表者名
      Kato Takeshi、Oshima Daiki、Iwata Satoshi
    • 雑誌名

      Crystals

      巻: 9 号: 1 ページ: 27-27

    • DOI

      10.3390/cryst9010027

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin transfer torque switching of Co/Pd multilayers and Gilbert damping of Co-based multilayers2018

    • 著者名/発表者名
      Kimura Takumi、Dong Xiayin、Adachi Kanta、Oshima Daiki、Kato Takeshi、Sonobe Yoshiaki、Okamoto Satoshi、Kikuchi Nobuaki、Kawato Yoshiaki、Kitakami Osamu、Iwata Satoshi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 号: 9S2 ページ: 09TD01-09TD01

    • DOI

      10.7567/jjap.57.09td01

    • NAID

      210000149672

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hybrid Memory Layer With Low Curie Temperature CoPd/Pd Multilayer for High-Density Magnetic Random-Access Memory Cells2018

    • 著者名/発表者名
      Zhao W.、Dong X.、Kimura T.、Kato T.、Oshima D.、Sonobe Y.、Kawato Y.、Iwata S.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 54 号: 11 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/tmag.2018.2828138

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Variation of Magnetization Dynamics of Co/Ni Multilayer by Capturing Magnetic Nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      Otaki Y.、Kato T.、Okamoto S.、Kikuchi N.、Oshima D.、Iwata S.、Kitakami O.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 54 号: 11 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/tmag.2018.2832660

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Switching Field Distribution of MnGa Bit Patterned Film Fabricated by Ion Beam Irradiation2018

    • 著者名/発表者名
      D. Oshima, T. Kato, S. Iwata
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Magn.

      巻: 54 号: 2 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1109/tmag.2017.2733765

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-valve giant magneto-resistance film with magnetostrictive FeSiB amorphous layer and its application to strain sensors2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Hashimoto, N. Yamamoto, T. Kato, D. Oshima, S. Iwata
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 123 号: 11

    • DOI

      10.1063/1.5018467

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin transfer torque switching in exchangecoupled amorphous GdFeCo/TbFe bilayers for thermally assisted MRAM application2017

    • 著者名/発表者名
      B. Dai, Y. Guo, J. Zhu, T. Kato, S. Iwata, S. Tsunashima, L. Yang, J. Han
    • 雑誌名

      J. Phys. D: Appl. Phys.

      巻: 50 号: 13 ページ: 135005-135005

    • DOI

      10.1088/1361-6463/aa5bca

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ion irradiation induced magnetic transition of MnGa alloy films studied by X-ray magnetic circular dichroism and low-temperature hysteresis loops2016

    • 著者名/発表者名
      D. Oshima, M. Tanimoto, T. Kato, Y. Fujiwara, T. Nakamura, Y. Kotani, S. Tsunashima, S. Iwata
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Magn.

      巻: 52 号: 7 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/tmag.2016.2527050

    • 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] Nanoscale patterning of CrPt3 magnetic thin films by using ion beam irradiation2016

    • 著者名/発表者名
      E. Suharyadi, D. Oshima, T. Kato, S. Iwata
    • 雑誌名

      Results in Physics

      巻: 6 ページ: 186-188

    • DOI

      10.1016/j.rinp.2016.03.010

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effective Damping Constant and Current Induced Magnetization Switching of GdFeCo / TbFe Exchange-Coupled Bilayer2016

    • 著者名/発表者名
      T. Higashide, B. Dai, T. Kato, D. Oshima, S. Iwata
    • 雑誌名

      IEEE Magn. Lett.

      巻: 7 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/lmag.2016.2595502

    • NAID

      120005895204

    • 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] Spin-orbit torques in ferrimagnetic GdFeCo alloys2016

    • 著者名/発表者名
      N. Roschewsky, T. Matsumura, S. Cheema, F. Hellman, T. Kato, S. Iwata, S. Salahuddin
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 109 号: 11

    • DOI

      10.1063/1.4962812

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Spin orbit torques in ferrimagnetic GdFeCo/Ta bilayers2019

    • 著者名/発表者名
      K. Kawakami, D. Oshima, T. Kato, S. Iwata
    • 学会等名
      International School on Spintronics and Korea-Japan Spintronics Workshop -Topological Phenomena in Magnetism-
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MgO/Co/Pt積層膜の電界アシストスピンホール磁化反転2019

    • 著者名/発表者名
      國島和哉,周興, 大島大輝, 加藤剛志, 岩田聡
    • 学会等名
      IEEE Magnetics Society 名古屋支部若手研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Hybrid memory layer with low Curie temperature CoPd/Pd multilayer for high-density magnetic random access memory cells2018

    • 著者名/発表者名
      W. Zhao, T. Kimura, T. Kato, D. Oshima, Y. Sonobe, Y. Kawato, S. Iwata
    • 学会等名
      IEEE International Magnetics Conference 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of magnetic nanoparticles by variation of magnetization dynamics of Co/Ni multilayer2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Otaki, T. Kato, S. Okamoto, N. Kikuchi, D. Oshima, S. Iwata, O. Kitakami
    • 学会等名
      IEEE International Magnetics Conference 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Planar bit patterned MnGa films fabricated by ion irradiation (Invited)2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kato, D. Oshima, S. Iwata
    • 学会等名
      5th International Conference of Asian Union of Magnetics Societies
    • 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] Modification of magnetization dynamics of perpendicular magnetized Co/Ni multilayer by adsorption of magnetic nano-particles2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Otaki, T. Kato, S. Okamoto, N. Kikuchi, D. Oshima, S. Iwata, O. Kitakami
    • 学会等名
      11th International Conference of Electrical, Transport, and Optical Properties of Inhomogeneous Media
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ion implantation for planar nano-pattering of magnetic materials (Invited)2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kato
    • 学会等名
      11th International Conference of Electrical, Transport, and Optical Properties of Inhomogeneous Media
    • 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] 垂直磁化Co超薄膜における電界アシストスピンホール磁化反転2018

    • 著者名/発表者名
      國島和哉, 周興, 大島大輝, 加藤剛志, 岩田聡
    • 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] Co/Pd多層膜のスピン注入磁化反転臨界電流の層厚比依存性2018

    • 著者名/発表者名
      趙望臻,木村匠,大島大輝,加藤剛志,園部義明,川戸良昭,岩田聡
    • 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] 低キュリー温度CoPd/Pd系多層膜を用いたMRAM用交換結合ハイブリッドメモリ層2018

    • 著者名/発表者名
      趙望臻,木村匠,董夏茵,大島大輝,加藤剛志,園部義明,川戸良昭,岩田聡
    • 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] Current induced magnetization switching of hybrid memory layer comprised of CoPd/Pd and Co/Pd multilayers2018

    • 著者名/発表者名
      W. Zhao, T. Kimura, T. Kato, D. Oshima, Y. Sonobe, Y. Kawato, S. Iwata
    • 学会等名
      40th International Symposium on Dry Process
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MgO/Fe/Pt積層膜におけるGilbertダンピング定数α2018

    • 著者名/発表者名
      石井克弥,大島大輝,加藤剛志,岩田聡
    • 学会等名
      第6回応用物理学会SC東海地区学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] SiN/GdFeCo/Ta膜におけるスピンホール磁化反転2018

    • 著者名/発表者名
      川上圭祐,大島大輝,加藤剛志,岩田聡
    • 学会等名
      第6回応用物理学会SC東海地区学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] イオン照射による磁気ナノ構造の作製(招待講演)2018

    • 著者名/発表者名
      加藤剛志
    • 学会等名
      第70回日本磁気学会スピンエレクトロニクス専門研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Compositional dependence of spin orbit torques in ferrimagnetic GdFeCo / Ta bilayers2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kawakami, D. Oshima, T. Kato, S. Iwata
    • 学会等名
      Magnetics and Optics Research International Symposium 2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin transfer torque switching of Co/Pd-based multilayers with low Curie temperature2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kimura, X. Dong, D. Oshima, T. Kato, Y. Sonobe, Y. Kawato, S. Iwata
    • 学会等名
      Magnetics and Optics Research International Symposium 2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 垂直磁化Co膜における電界アシストスピンホール磁化反転2018

    • 著者名/発表者名
      周興, 大島大輝, 加藤剛志, 岩田聡
    • 学会等名
      IEEE Magnetics Society 名古屋支部若手研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 熱を利用した高機能スピンデバイス開発に向けて(招待講演)2017

    • 著者名/発表者名
      加藤剛志
    • 学会等名
      電気学会 第1回光・熱・磁気の相互作用を利用した新規スピンデバイス・ストレージ技術調査専門委員会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ion Beam Bit Patterned Media Using MnGa Alloy Films (Invited)2017

    • 著者名/発表者名
      D. Oshima, T. Kato, S. Iwata
    • 学会等名
      The 28th Magnetic Recording Conference
    • 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] アモルファスGdFeCo膜におけるスピン軌道トルク2017

    • 著者名/発表者名
      川上圭祐,大島大輝,加藤剛志,岩田聡
    • 学会等名
      第41回日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 低キュリー温度Co/Pd系多層膜を用いたスピン注入磁化反転2017

    • 著者名/発表者名
      木村匠,董夏菌,大島大輝,加藤剛志,園部義明,川戸良昭,岩田聡
    • 学会等名
      第41回日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 垂直磁化Co超薄膜の電界アシストスピンホール磁化反転2017

    • 著者名/発表者名
      周興,大島大輝,加藤剛志,岩田聡
    • 学会等名
      第5回応用物理学会SC東海地区学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 電界印加によるCo超薄膜の磁気特性制御2017

    • 著者名/発表者名
      前田啓,田中龍馬,大島大輝,加藤剛志,岩田聡
    • 学会等名
      第5回応用物理学会SC東海地区学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Current induced magnetization switching of Co/Pd-based multilayers with low Curie temperature2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kimura, X. Dong, D. Oshima, T. Kato, Y. Sonobe, Y. Kawato, S. Iwata
    • 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] Compositional Dependence of spin orbit torques in amorphous GdFeCo films2017

    • 著者名/発表者名
      K. Kawakami, D. Oshima, T. Kato, S. Iwata
    • 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] SiN / GdFeCo / Ta膜におけるスピン軌道トルク2017

    • 著者名/発表者名
      川上圭祐,大島大輝,加藤剛志,岩田聡
    • 学会等名
      電気学会マグネティックス研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 垂直磁化GdFeCoアモルファス膜のスピン軌道トルクによる磁化反転2017

    • 著者名/発表者名
      松村智矢, 大島大輝, 加藤剛志, 岩田聡
    • 学会等名
      IEEE Magnetics Society 名古屋支部若手研究会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Time resolved magneto-optical Kerr effect and spin transfer torque switching of GdFeCo / TbFe exchange coupled bilayers (Invited)2016

    • 著者名/発表者名
      T. Kato, T. Higashide, B. Dai, D. Oshima, S. Iwata
    • 学会等名
      第40回日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 垂直磁化GdFeCo膜のスピンホール効果による磁化反転2016

    • 著者名/発表者名
      1松村智矢,大島大輝,加藤剛志,岩田聡
    • 学会等名
      第40回日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 低キュリー温度CoPd/Pd多層膜を用いた交換結合膜の磁化反転2016

    • 著者名/発表者名
      董夏茵,大島大輝,加藤剛志,園部義明,岩田聡
    • 学会等名
      第40回日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Co/Ni多層膜の下地層によるダンピング定数の変化2016

    • 著者名/発表者名
      加藤圭一郎,大島大輝,加藤剛志,岩田聡
    • 学会等名
      平成28年度電気学会東海支部連合大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] [CoPd/Pd] and [Co/Pd] hybrid stacks for the memory layer of high density magnetic random access memory cells2016

    • 著者名/発表者名
      X. Dong, D. Oshima, T. Kato, Y. Sonobe, S. Iwata:
    • 学会等名
      61st Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetization switching induced by spin-orbit torques in perpendicularly magnetized Ta / GdFeCo bilayers2016

    • 著者名/発表者名
      T. Matsumura, D. Oshima, T. Kato, N. Roschewsky, S. Salahuddin, S. Iwata
    • 学会等名
      61st Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sign of Spin-Orbit Torques in ferrimagnetic GdFeCo2016

    • 著者名/発表者名
      N. Roschewsky, T. Matsumura, S. Cheema, T. Kato, S. Iwata, S. Salahuddin
    • 学会等名
      61st Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 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] Time resolved magneto-optical Kerr effect of magnetic materials with high perpendicular magnetic anisotropy2016

    • 著者名/発表者名
      T. Kato
    • 学会等名
      International Workshop on Novel Photo Induced Phenomena and Applications
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] 磁気抵抗素子及び磁気抵抗メモリ装置2017

    • 発明者名
      園部義明,町田顕,加藤剛志
    • 権利者名
      園部義明,町田顕,加藤剛志
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-226830
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] 磁気抵抗メモリ装置2017

    • 発明者名
      園部義明,園田正俊,加藤剛志
    • 権利者名
      園部義明,園田正俊,加藤剛志
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-020282
    • 出願年月日
      2017
    • 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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