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高垂直磁気異方性金属薄膜を用いた超高速マグノントランジスタの実証

研究課題

研究課題/領域番号 16J07881
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 応用物性
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

飯浜 賢志  国立研究開発法人産業技術総合研究所, スピントロニクス研究センター, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
研究課題ステータス 交付 (2017年度)
配分額 *注記
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワードスピン異常ホール効果 / 異常ホール効果 / スピン軌道トルク / 強磁性共鳴
研究実績の概要

非磁性体/強磁性体の二層膜構造において非磁性体薄膜に面内電流を流すと非磁性体のスピンホール効果によって強磁性体薄膜へスピントルクを誘起できることが近年報告された。この効果を利用し強磁性体のダンピングの変調や磁化反転に用いる研究が近年盛んに行われている。スピンホール効果によって生成できるスピン流のスピンの向きは固定で常に面内方向を向く。この制限により、非磁性体/垂直磁化強磁性体の二層膜構造では垂直磁化膜のダンピングの変調やゼロ磁場での磁化反転が不可能になっている。一方で強磁性体特有の異常ホール効果を利用することでスピン流のスピンの向きを強磁性体の磁化の方向で制御することが可能になり、垂直磁化強磁性体のダンピング変調やゼロ磁場での反転ができることが期待される。本研究では、この強磁性体の異常ホール効果を用いたスピントルクの観測を試みた。本実験で用いた膜構成はCoFeB(強磁性体)/ Cu(非磁性体) /NiFe(強磁性体)の三層構造を用いた。CoFeB層の異常ホール効果によってスピン流が生成され、そのスピン流がNiFe層の強磁性共鳴スペクトル線幅を変調させることが期待される。線幅が面内電流によって変調されていることが観測され、CoFeB層の異常ホール効果によって生成されたスピン流によるスピントルクに起因していることがわかった。CoFeB層でのスピン流を生成する効率を評価したところ、非磁性重金属のスピンホール効果と同等の効率であった。この強磁性体の異常ホール効果を利用したスピントルクを用いることによって垂直磁化膜のゼロ磁場磁化反転やダンピングの変調、垂直磁化膜におけるスピン波伝搬(マグノントランジスタ等)への応用が期待される。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

今年度は異常ホール効果を用いたスピントルク生成に関する研究結果をまとめ、学術雑誌に投稿した。時間はかかったが受理され、出版することができた。当初実験はうまくいかなかったが、最終的にいい形にまとめられて期待以上の結果となった(S. Iihama et al. Nature Electronics 1, 120 (2018))。
また今年度は主にフランスで超短パルス光による高垂直磁気異方性材料の超高速磁化制御の研究をしてきた。長期間海外での研究生活をすることができていい経験になった。

今後の研究の推進方策

これまでの研究では面内磁化膜におけるダンピングの変調を観測した。垂直成分を持つスピン注入層を作製し、垂直磁化膜のダンピングを変調することが今後の課題である。またスピン流への変換効率が何によって決まっているのかもまだ明らかになっていないので、材料、組成等系統的に変えて評価することも今後の課題である。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Institut Jean Lamour(France)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Spin-transfer torque induced by the spin anomalous Hall effect2018

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Iihama, Tomohiro Taniguchi, Kay Yakushiji, Akio Fukushima, Yoichi Shiota, Sumito Tsunegi, Ryo Hiramatsu, Shinji Yuasa, Yoshishige Suzuki, and Hitoshi Kubota
    • 雑誌名

      Nature Electronics

      巻: 1 号: 2 ページ: 120-123

    • DOI

      10.1038/s41928-018-0026-z

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reciprocal excitation of propagating spin-waves by a laser pulse and their reciprocal mapping in magnetic metal films2017

    • 著者名/発表者名
      A. Kamimaki, S. Iihama, Y. Sasaki, Y. Ando, and S. Mizukami
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 1 ページ: 0144381-11

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.014438

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micro-Focused Pulse Laser Induced Propagating Spin-Wave in Permalloy Films Different Thickness2017

    • 著者名/発表者名
      A. Kamimaki, S. Iihama, Y. Sasaki, Y. Ando, and S. Mizukami
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Magn.

      巻: 53 号: 11 ページ: 43006041-4

    • DOI

      10.1109/tmag.2017.2707421

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantification of a propagating spin-wave-packet created by an ultrashort laser pulse in a thin film of a magnetic metal2016

    • 著者名/発表者名
      S. Iihama, Y. Sasaki, A. Sugihara, A. Kamimaki, Y. Ando, and S. Mizukami
    • 雑誌名

      Phys. Rev.B

      巻: 94 号: 2 ページ: 020401-020401

    • DOI

      10.1103/physrevb.94.020401

    • 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] Influence of L10 order parameter on Gilbert damping constants for FePd thin films investigated by means of time-resolved magneto-optical Kerr effect2016

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Iihama, Akimasa Sakuma, Hiroshi Naganuma, Mikihiko Oogane, Shigemi Mizukami, and Yasuo Ando
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 94 号: 17 ページ: 1744251-11

    • DOI

      10.1103/physrevb.94.174425

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] All-optical single pulse magnetization switching of ferromagnetic [Co/Pt] observed for GdFeCo / Cu / [Co/Pt] spin valve structure2018

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Iihama
    • 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] Observation of spin-transfer torque induced by spin anomalous Hall effect2018

    • 著者名/発表者名
      S. Iihama
    • 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] All-optical magnetization switching in [Co/Pt] induced by spin-polarized hot electron transport2018

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Iihama
    • 学会等名
      One Day workshop: Nanomagnetism
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Observation of spin torque induced by anomalous Hall effect using spin-torque diode spectrum in magnetic tunnel junction2016

    • 著者名/発表者名
      S. Iihama, K. Yakushiji, T. Taniguchi, H. Kubota, S. Tsunegi, S. Tamaru, Y. Shiota, Y. Suzuki, A. Fukushima, and S. Yuasa
    • 学会等名
      International workshop on spin transfer
    • 発表場所
      Institut Jean Lamour, Nancy, France
    • 年月日
      2016-09-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of the spin-transfer torque generated by anomalous Hall effect2016

    • 著者名/発表者名
      S. Iihama, K. Yakushiji, T. Taniguchi, H. Kubota, S. Tsunegi, S. Tamaru, Y. Shiota, Y. Suzuki, A. Fukushima, and S. Yuasa
    • 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
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 次世代不揮発性磁気メモリーの新しい記録技術を開発

    • URL

      http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2018/pr20180213/pr20180213.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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