磁性体／絶縁体界面磁気異方性の電界制御の研究

• 研究課題/領域番号: 16H06081
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 金井 駿 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (40734546)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 12,870千円 (直接経費: 9,900千円、間接経費: 2,970千円); 2017年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2016年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
• キーワード: スピントロニクス / スピンエレクトロニクス / 磁気メモリ / エレクトロニクス / マグネティックス

研究成果の概要

磁気異方性の電界制御を利用した磁性メモリの磁化反転方式である、電界誘起磁化反転方式は、動作に寄与しないトンネル電流による発熱により、消費エネルギは必要エネルギの約1,000倍となっている。本研究では動作に作用しない電力を低減しCMOSと同程度のfJ/bitのレベルまで低減することを主な目的とした。絶縁膜及び磁性体、加えて動作電圧を設計することにより、CMOSと同程度で、かつ磁性メモリとして世界最小の動作時消費電力を達成した。加えて、CoFeB/MgO接合における各種磁性の電界制御について解明した。電界による磁性の制御を利用したナノメートルスケールの極微細磁性素子の特性を調べた。

研究成果

• [雑誌論文] Electric-field-induced magnetization switching in CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: Shun Kanai, Fumihiro Matsukura, and Hideo Ohno
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 号: 8 ページ: 0802A3-0802A3
  • DOI: 10.7567/jjap.56.0802a3
  • NAID: 210000148119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electric-field effect on spin-wave resonance in a nanoscale CoFeB/MgO magnetic tunnel junction (2017)
  • 著者名/発表者名: Dohi T.、Kanai S.、Matsukura F.、Ohno H.
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 111 号: 7 ページ: 072403-072403
  • DOI: 10.1063/1.4999312
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic and transport properties of Sb2Te3 doped with high concentration of Cr (2017)
  • 著者名/発表者名: Sachin Gupta, Shun Kanai, Fumihiro Matsukura, and Hideo Ohno
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 10 号: 10 ページ: 103001-103001
  • DOI: 10.7567/apex.10.103001
  • NAID: 210000135994
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature dependence of ferromagnetic resonance spectra of permalloy on (Bi1-xSbx)2Te3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Sachin Gupta, Shun Kanai, Fumihiro Matsukura, and Hideo Ohno
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 ページ: 020302-020302
  • NAID: 210000148578
  • 査読あり
• [雑誌論文] Damping constant in a free layer in nanoscale CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions investigated by homodyne-detected ferromagnetic resonance (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Shinozaki, E. Hirayama, S. Kanai, H. Sato, F. Matsukura, H. Ohno
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 10 号: 1 ページ: 013001-013003
  • DOI: 10.7567/apex.10.013001
  • NAID: 210000135723
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current-induced magnetization switching in a nano-scale CoFeB-MgO magnetic tunnel junction under in-plane magnetic field (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoki Ohshima, Hideo Sato Shun Kanai Justin Llandro Shunsuke Fukami, Fumihiro Matsukura, and Hideo Ohno
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 7 号: 5 ページ: 055927-055927
  • DOI: 10.1063/1.4977224
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetization dynamics and its scattering mechanism in thin CoFeB films with interfacial anisotropy (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Okada, S. He, Bo Gu, S. Kanai, A. Soumyanarayanan, S. T. Lim, M. Tran, M. Mori, S. Maekawa, F. Matsukura, H. Ohno, C. Panagopoulos
  • 雑誌名: Proceedings of Naional Academy of Science of the United of States of America 巻: 114 号: 15 ページ: 3815-3820
  • DOI: 10.1073/pnas.1613864114
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electric-field-induced magnetization switching in CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: Shun Kanai, Fumihiro Matsukura, and Hideo Ohno
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics - Selected Topics in Applied Physics 巻: 印刷中
  • NAID: 210000148119
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Ferromagnetic Resonance Spectra of Permalloy Deposited on (Bi1-xSbx)2Te3 (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Gupta, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: Kick-off Symposium for World Leading Research Centers -Materials Science and Spintronics-
  • 国際学会
• [学会発表] An effect of electric field on a cone angle at an easy-cone state in CoFeB/MgO stack investigated by ferromagnetic resonance (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Okada, S. Kanai, S. Fukami, H. Sato, and H. Ohno
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Electric-field effect on spin-wave resonance in nanoscale CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Dohi, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: International School and Conference (SpinTech IX)
  • 国際学会
• [学会発表] Electric-field modulation of exchange stiffness constant in CoFeB/MgO investigated by spin-wave resonance (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Dohi, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: The European Conference Physics of Magnetism 2017 (PM’17)
  • 国際学会
• [学会発表] Electric-field effect on magnetic anisotropy and exchange stiffness through spin-wave resonance in nanoscale MgO/CoFeB/Ta (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Dohi, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: York-Tohoku Summer School in Spintronics
  • 国際学会
• [学会発表] Damping constant in nanoscale magnetic tunnel junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Shinozaki, S. Kanai, H. Sato, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: York-Tohoku Summer School in Spintronics
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic and transport properties of (Sb1-xCrx)2Te3 (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Gupta, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: International Conference on Electronic Properties of Two Dimensional Systems and 18th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (EP2DS-22/MSS-18)
  • 国際学会
• [学会発表] Homodyne-detected ferromagnetic resonance in nanoscale magnetic tunnel junction with magnetic field modulation (2017)
  • 著者名/発表者名: Z. Wang, M. Shinozaki, A. Okada, S. Kanai, H. Sato, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 第36回電子材料シンポジウム（EMS）
• [学会発表] Temperature and CoFeB thickness dependence of linewidth of ferromagnetic resonance in thin CoFeB Films (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡田篤、S. He、顧波、金井駿、A. Soumyanarayanan、S.T. Lim、M. Tran、森道康、前川禎通、松倉文礼、大野英男、C. Panagopoulos
  • 学会等名: 応用物理学会東北支部第72回学術講演会
• [学会発表] (Bi, Sb)2Te3上のパーマロイの強磁性共鳴 (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Gupta、金井駿、松倉文礼、大野英男、
  • 学会等名: スピントロニクス学術研究基盤と連携ネットワークシンポジウム
• [学会発表] Temperature dependence of ferromagnetic resonance spectra of Py deposited on (Bi1-xSbx)2Te3 (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Gupta, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: International Conference on Magnetic Materials and Applications (IOCMAGMA-2017)
  • 発表場所: Hyderabad, India
  • 国際学会
• [学会発表] 電界によるスカーミオンの磁化構造制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 仲谷栄伸、林将光、金井駿、深見俊輔、大野英男
  • 学会等名: 第61回スピンエレクトロニクス専門研究会「スピンとトポロジー」
  • 発表場所: 東北大学 金属材料研究所、仙台市
  • 招待講演
• [学会発表] Electric-field effect on stiffness constant investigated by spin-wave resonance in nanoscale MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: 土肥昂尭、金井駿、松倉文礼、大野英男
  • 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
• [学会発表] Thermal fluctuation in electric-field induced magnetization switching in CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions observed by transmitted voltage (2017)
  • 著者名/発表者名: 金井駿、佐藤英夫、仲谷栄伸、松倉文礼、大野英男
  • 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
• [学会発表] Time-resolved measurement of spin-transfer-torque-induced magnetization switching in CoFeB-MgO magntic tunnel junctions with perpendicular easy axis (2017)
  • 著者名/発表者名: 大島直樹、佐藤英夫、金井駿、深見俊輔、J. Llandro、松倉文礼、大野英男
  • 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
• [学会発表] Junction size dependence of damping constans in nanoscale CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: 篠崎基矢、平山絵里子、金井駿、佐藤英夫、松倉文礼、大野英男
  • 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
• [学会発表] CoFeB thickness dependence of exchange stiffness constants in Ta/CoFeB/MgO determined from domain structures (2017)
  • 著者名/発表者名: 市川直樹、土肥昂尭、金井駿、岡田篤、松倉文礼、大野英男
  • 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
• [学会発表] Electric-field modulation of stiffness constant in MgO/CoFeB/Ta observed through domain structures (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Dohi, S. Kanai, A. Okada, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Damping constant of free layer in nanoscale magnetic tunnel junction (2016)
  • 著者名/発表者名: Motoya Shinozaki, Eriko Hirayama, Shun Kanai, Hideo Sato, Fumihiro Matsukura, and Hideo Ohno
  • 学会等名: 9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Spin-Polarised Transistor (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Y. Kim, A. Okada, S. Miyakozawa, S. Kanai, F. Matsukura, I. Farrer, H. E. Beere, D. A. Ritchie, H. Ohno and A. Hirohata
  • 学会等名: Joint European Magnetics Symposia
  • 発表場所: Glasgow, UK
  • 国際学会
• [学会発表] How low energy the electric-field induced magnetization switching can be made? -A case of CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junction (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 3rd Workshop of the Core-to-core Project Tohoku-York-Kaiserslautern
  • 発表場所: Kaiserslautern, Germany
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electric-field effect on magnetic domain structures in MgO/CoFeB/Ta through the modulations of magnetic anisotropy and exchange stiffness (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Dohi, S. Kanai, A. Okada, F. Matsukura and H. Ohno
  • 学会等名: 3rd Workshop of the Core-to-core Project Tohoku-York-Kaiserslautern
  • 発表場所: Kaiserslautern, Germany
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of damping constant in a nanoscale magnetic tunnel junction by homodyne-detected ferromagnetic resonance (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Shinozaki, E. Hirayama, S. Kanai, H. Sato, F. Matsukura and H. Ohno
  • 学会等名: 3rd Workshop of the Core-to-core Project Tohoku-York-Kaiserslautern, New concepts for future spintronic devices
  • 発表場所: Kaiserslautern, Germany
  • 国際学会
• [学会発表] Development of spin-polarised transistor (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kim, A. Okada, S. Miyakozawa, S. Kanai, F. Matsukura, J. Aldous, H. E. Beere, D. A. Ritchie, H. Ohno and A. Hirohata
  • 学会等名: Development of spin-polarised transistor
  • 発表場所: Kaiserslautern, Germany
  • 国際学会
• [学会発表] Temperature dependence of ferromagnetic resonance of Py on (Bi1-xSbx)2Te3 (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Gupta, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 33rd International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 国際学会
• [学会発表] Temperature dependence of ferromagnetic resonance spectra of Py deposited on (Bi1-xSbx)2Te3 (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Gupta, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 61st Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM)
  • 発表場所: New Orleans, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Electrical magnetization switching in CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions in nanosecond regime (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Ohshima, J. Llandro, H. Sato, S. Kanai, S. Fukami, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 61st Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM)
  • 発表場所: New Orleans, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetization Switching in Elliptic CoFeB/MgO Magnetic Tunnel Junctions (2016)
  • 著者名/発表者名: F. Matsukura, E. Hirayama, H. Sato, S. Kanai, and H. Ohno
  • 学会等名: 14th RIEC workshop on SPINTRONICS
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Thermal Agitation and Speed of Switching in Elecric-field Induced Magnetization Reversal Of CoFeB/MgO Magnetic Tunnel Junctions (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kanai, Y. Nakatani, M. Shinozaki, H. Sato, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 14th RIEC workshop on SPINTRONICS
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electric-field modulation of damping constant in Ta/CoFeB/MgO as a function of magnetic anisotropy (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Okada, Y. Hashimoto, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 14th RIEC workshop on SPINTRONICS
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Electric-field modulation of spin-wave resonance spectra in a nanoscale magnetic tunnel junction (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Dohi, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 14th RIEC workshop on SPINTRONICS
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] CoFeB thickness dependence of exchange stiffness constants in Ta/CoFeB/MgO (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoki Ichikawa, Takaaki Dohi, Shun Kanai, Atsushi Okada, Fumihiro Matsukura, and Hideo Ohno
  • 学会等名: 14th RIEC workshop on SPINTRONICS
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Electric-field effect on current-induced magnetization switching in a CoFeB/MgO magnetic tunnel junction (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Ohshima, H. Sato, S. Kanai, J. Llandro, S. Fukami, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 14th RIEC workshop on SPINTRONICS
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Spin-Polarised Transistor (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kim, A. Okada, S. Miyakozawa, S. Kanai, F. Matsukura, I. Farrer, H.E. Beere, D.A.Ritchie, H. Ohno, and A. Hirohata
  • 学会等名: 14th RIEC workshop on SPINTRONICS
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Temperature and tehickness dependencies of ferromagnetic resonance spectra of MgO/CoFeB/MgO (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Okada, S. He, B. Gu, S. Kanai, A. Soumyanarayanan, S.T. Lim, M. Tran, M. Mori, S. Maekawa, F. Matsukura, H. Ohno, and C. Panagopoulos
  • 学会等名: 4th JSPS Core-to -Core Workshop on "New -Concept Spintronic Devices"
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electric field control of Skyrmions in magnetic nanodisks (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshinobu Nakatani, Masamitsu Hayashi, Shun Kanai, Shunsuke Fukami, and Hideo Ohno
  • 学会等名: 4th JSPS Core-to -Core Workshop on "New -Concept Spintronic Devices"
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Damping constant in a nanoscale magnetic tunnel junction evaluated by homodyne-detected ferromagnetic resonance (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Shinozaki, E. Hirayama, S. Kanai, H. Sato, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 35th Electronic Materials Symposium
  • 発表場所: Moriyama, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Temperature dependent spin pumping in Py/(Bi1-xSbx)2 (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Gupta, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Junction size dependence of damping constants of CoFeB in magnetic tunnel junctions (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Shinozaki, E. Hirayama, S. Kanai, H. Sato, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: International School on Spintronics and Spin-Orbitronics
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Electric-field effect on spin-wave resonance in a nanoscale magnetic tunnel junction (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Dohi, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: International School on Spintronics and Spin-Orbitronics
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] CoFeB thickness dependence of domain structures in Ta/CoFeB/MgO (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Ichikawa, T. Dohi, S. Kanai, A. Okada, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: International School on Spintronics and Spin-Orbitronics
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Damping constant of nanoscale CoFeB determined from magnetic tunnel junction with orthogonal magnetization directions (2016)
  • 著者名/発表者名: Motoya Shinozaki, Eriko Hirayama, Shun Kanai, Hideo Sato, Fumihiro Matsukura, and Hideo Ohno
  • 学会等名: 2016 Joint Seminar: Tohoku University - University of York Prospect of Future Spintronics from physics to devices
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Electric-field induced magnetization precession and switching in CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 2016 Joint Seminar: Tohoku University - University of York Prospect of Future Spintronics from physics to devices
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effect of electric-field modulation of magnetic parameters on domain structure in MgO/CoFeB/Ta with perpendicular easy axis (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Dohi, S. Kanai, A. Okada, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 2016 Joint Seminar: Tohoku University - University of York Prospect of Future Spintronics from physics to devices
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Electric-field modulation of damping constant in Ta/CoFeB/MgO thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Okada, Y. Hashimoto, S. Kanai, F. Matsukura, and H. Ohno
  • 学会等名: 2016 Joint Seminar: Tohoku University - University of York Prospect of Future Spintronics from physics to devices
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Electric-field induced magnetization switching in CoFeB/MgO magnetic tunnel junction with thick MgO barrier (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kanai, F. Matsukura, H. Ohno
  • 学会等名: 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ、新潟市、
• [学会発表] Ta/CoFeB/MgO 接合の交換スティフネス定数の膜厚依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 市川直樹、土肥昂尭、金井 駿、岡田 篤、松倉文礼、大野英男
  • 学会等名: 応用物理学会東北支部第71回学術講演会
  • 発表場所: 東北大学大学院工学研究科青葉記念会館、仙台市
• [備考] 大野・深見研究室
  • URL: http://www.ohno.riec.tohoku.ac.jp/japanese/index.html
• [産業財産権] 記憶素子及び記憶素子の駆動方法 (2017)
  • 発明者名: 金井 駿、松倉 文礼、大野 英男
  • 権利者名: 国立大学法人東北大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017
  • 取得年月日: 2017