バルクスピン軌道トルク効果の学理解明とスピンデバイスへの応用

• 研究課題/領域番号: 17H03240
• 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: 豊田工業大学
• 研究代表者: 粟野 博之 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40571675)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2019年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2018年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2017年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
• キーワード: バルクスピン軌道トルク / 磁性細線メモリ / スピンロジック / 磁壁駆動速度 / 希土類・遷移金属合金 / フェリ磁性材料 / 電流磁壁駆動 / 臨界電流密度 / 磁性細線 / スピンホール効果 / ジャロシンスキー守谷相互作用 / 磁壁移動速度 / レーストラックメモリ / 希土類/遷移金属合金・多層膜 / ナノインプリントスピンデバイス / 磁壁 / 熱磁気スピン応答 / スピン軌道トルク / 磁気メモリ

研究成果の概要

磁性膜と重金属膜のヘテロ界面にはジャロシンスキー守谷相互作用とスピンホール効果が発現し、スピントロニクスデバイスの新たな駆動原理として期待されている。しかし、これは界面効果であるため界面数nmにしか及ばず応用上の問題であった。そこで、希土類金属と遷移金属からなるRE-TM磁性膜と重金属膜を積層した磁性細線を作成し、電流磁壁駆動の実験を行ったところ、驚いたことにこの界面効果がTbCoでは15nm程度、GdFeCoでは500nm以上にまで及ぶことがわかった。このバルク的に利用可能なバルクスピン軌道トルクは高機能省電力メモリやロジック等の新たなスピンエレクトロニクス技術への応用展開が期待できる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

磁性膜と重金属膜のヘテロ界面にはジャロシンスキー守谷相互作用とスピンホール効果が発現し、スピントロニクスデバイスの新たな駆動原理として期待されている。しかし、これは界面効果であるため界面数nmにしか及ばず応用上の問題であった。そこで、希土類金属と遷移金属からなるRE-TM磁性膜と重金属膜を積層した磁性細線を作成し、電流磁壁駆動の実験を行ったところ、驚いたことにこの界面効果がTbCoでは15nm程度、GdFeCoでは500nm以上にまで及ぶことがわかった。このバルク的に利用可能なバルクスピン軌道トルクは高機能省電力メモリやロジック等の新たなスピンエレクトロニクス技術への応用展開が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Observation of spin-motive force in ferrimagnetic GdFeCo alloy films (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Fukuda, H. Awano, K. Tanabe
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 116 号: 10 ページ: 102402-102402
  • DOI: 10.1063/5.0002802
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 希土類・遷移金属（RE-TM)フェリ磁性細線の電流磁壁駆動 (2020)
  • 著者名/発表者名: 粟野博之
  • 雑誌名: 日本磁気学会誌 巻: 15 ページ: 24-30
• [雑誌論文] Strain-induced switching of heat current direction generated by magneto-thermoelectric effects (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Ota. K. Uchida, R. Iguchi, P. V. Thach, H. Awano, D. Chiba
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 131197-131197
  • DOI: 10.1038/s41598-019-49567-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ntropy production by thermodynamic current in ambipolar conductores with identical spin dynamics between holes and electrons (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Aktar, M. Sakai, S. Hasegawa, O. Nakamura, H. Awano
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 12 号: 5 ページ: 053004-053004
  • DOI: 10.7567/1882-0786/ab101e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long spin coherence length and bulk-like spin-orbit torque in ferrimagnetic multilayers (2019)
  • 著者名/発表者名: J. Yu, D. Bang, R. Mitshra, R. Ramaswamy, J. H. Oh, H. J. Park, Y. Jeong, P. V. Thach, D. K. Lee, G. Go, S. W. Lee, Y. Wang, S. Shi, X. Qiu, Hi. Awano, K. J. Lee, H. Yangi
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 18 号: 1 ページ: 29-34
  • DOI: 10.1038/s41563-018-0236-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] [Tb/Co]/Pt磁性細線の電流磁壁駆動に関する研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 粟野博之，Do Bang，Pham Van Thach
  • 雑誌名: 電気学会マグネティックス研究会資料 巻: MAG-19-023 ページ: 50-60
• [雑誌論文] Interference Induced Enhancement of Magneto-Optical Effect in Pt/TbCo Hetero-Structured Films (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Iemoto, S. Sumi, P. V. Thach, H. Awano, M. Hayashi
  • 雑誌名: Crystals 巻: 8 号: 10 ページ: 1-7
  • DOI: 10.3390/cryst8100377
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Current-induced domain wall motion in antiferromagneticallycoupled structures: Fundamentals and applications (2018)
  • 著者名/発表者名: D. Bang, P. V. Thach, H. Awano
  • 雑誌名: Advanced Materials and Devices 巻: 3 号: 4 ページ: 389-398
  • DOI: 10.1016/j.jsamd.2018.09.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pt/TbCoヘテロ界面積層膜における磁気光学効果の波長依存性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 家元章吾、鷲見聡、Pham Van Thach, 粟野博之, 林将光
  • 雑誌名: 電気学会マグネティックス研究会資料 巻: MAG-18-105 ページ: 33-37
• [雑誌論文] Interference induced enhancement of magneto-optical Kerr effect in ultrathin magnetic films (2018)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Sumi, Hiroyuki Awano, and Masamitsu Hayashi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: 776-776
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multilayered current-induced domain wall motion in Pt/Tb-Co/Ta/Tb-Co/Pt magnetic wire (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Kurokawa, and Hiroyuki Awano
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 8 ページ: 025309-025309
  • 査読あり
• [雑誌論文] フレキシブルナノインプリントプラスチック基板を用いたバルクスピントルク磁化反転 ～ 大幅な磁化反転電流密度低減 (2018)
  • 著者名/発表者名: 粟野博之、浅利司、柴田凌輔
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告書 巻: 117 ページ: 57-62
• [雑誌論文] （Tb/Co）/Pt ヘテロ界面磁性細線の電流磁壁駆動 (2017)
  • 著者名/発表者名: Do Bang, 鷲見聡、粟野博之
  • 雑誌名: 電気学会マグネティックス研究会資料 巻: MAG17-148 ページ: 45-50
• [学会発表] フェリ磁性体 GdFeCo の磁性共鳴によるスピン起電力 (2020)
  • 著者名/発表者名: 福田 舜, 鷲見 聡, 田辺 賢士, 粟野 博之
  • 学会等名: IEEE Magnetics Society Nagoya Chapter若手研究会
• [学会発表] GdFeCo 薄膜における磁気バブルの生成および電流誘起磁壁移動 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永田 裕資, 田辺 賢士, 粟野 博之
  • 学会等名: IEEE Magnetics Society Nagoya Chapter若手研究会
• [学会発表] 磁性層/重金属層ヘテロ構造における磁気光学効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松本 憩, 鷲見 聡, 田辺 賢士, 粟野 博之
  • 学会等名: IEEE Magnetics Society Nagoya Chapter若手研究会
• [学会発表] 電流磁璧駆動型磁性細線の熱分布の観察 (2020)
  • 著者名/発表者名: 澤 拓哉, 鷲見 聡, 田辺 賢士, 粟野 博之
  • 学会等名: IEEE Magnetics Society Nagoya Chapter若手研究会
• [学会発表] [TbCo]/Pt,[TbCo]/Cu ヘテロ接合膜の磁気熱電効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 久田 真人, 田辺 賢士, 粟野 博之
  • 学会等名: IEEE Magnetics Society Nagoya Chapter若手研究会
• [学会発表] TbCo結晶膜のスピンゼーベック効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鷲見 聡、田辺 賢士、粟野 博之
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] フェリ磁性体GdFeCoの磁性共鳴によるスピン起電力 (2020)
  • 著者名/発表者名: 福田 舜、鷲見 聡、田辺 賢士、粟野 博之
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] GdFeCo磁性細線における磁気バブルの生成および電流駆動 (2020)
  • 著者名/発表者名: 永田 裕資、Thach Pham、鷲見 聡、田辺 賢士、粟野 博之
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 磁気光学効果による重金属由来の磁気的界面効果の検出 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松本 憩、Pham Van Thach、鷲見 聡、田辺 賢士、粟野 博之、王 世浩、石橋 隆幸
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] [TbCo]/Pt, [TbCo]/Cuヘテロ接合膜の磁気熱電効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 久田 真人、鷲見 聡、田辺 賢士、粟野 博之
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Annalysis of thermal effects in current driven magnetic wires (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Sawa, S. Sumi, H. Awano
  • 学会等名: The 64th Magnetism and Magnetic Materials (MMM)
  • 国際学会
• [学会発表] Very fast current-induced domain wall motion with speed of over 2.5kms-1 driven by spin orbit torques in ferrimagnetic GdFeCo wires (2019)
  • 著者名/発表者名: P. V. Thach, S. Sumi, H. Awano
  • 学会等名: The 64th Magnetism and Magnetic Materials (MMM)
  • 国際学会
• [学会発表] Unusual phenomenon in which domain walls move in the current direction by STT in thick GdFeCo wire w/o heavy metal interface (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Takahashi, S. Sumi, H. Awano
  • 学会等名: The 64th Magnetism and Magnetic Materials (MMM)
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of interfacial effects at Pt/GdFeCo interface using magneto-optical Kerr effect (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Matsumoto, P. V. Thach, S. Sumi, K. Tanabe, H. Awano
  • 学会等名: The 10th Joint European Magnetic Symposium (JEMS)
  • 国際学会
• [学会発表] Current-Induced Domain Wall Motion with Very High Velocity in Ferrimagnetic GdFeCo Wires (2019)
  • 著者名/発表者名: P. V. Thach, S. Sumi, H. Awano
  • 学会等名: The 10th Joint European Magnetic Symposium (JEMS)
  • 国際学会
• [学会発表] Does spin orbit torque also work on current driven domain wall motion of thick GdFeCo(500nm) single layer magnnetic wire without heavy metal Pt layer? (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Takahashi, S. Sumi, H. Awano
  • 学会等名: The 18th Magnetics and Optics Research International Symposium (MORIS)
  • 国際学会
• [学会発表] Magneto-optical effect in magnetic layer/heavy metal layer hetero-structure (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Matsumoto, P. V. Thach, S. Sumi, K. Tanabe, H. Awano
  • 学会等名: The 18th Magnetics and Optics Research International Symposium (MORIS)
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of thermal distibution in magnetic wire under current injection (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Sawa, S. Sumi, H. Awano
  • 学会等名: The 18th Magnetics and Optics Research International Symposium (MORIS)
  • 国際学会
• [学会発表] Current-induced domain wall motion driven by spin orbit torque in ferrimagnetic GdFeco wires (2019)
  • 著者名/発表者名: P. V. Thach, S. Sumi, H. Awano
  • 学会等名: The 18th Magnetics and Optics Research International Symposium (MORIS)
  • 国際学会
• [学会発表] 電流磁壁駆動磁性細線の温度分布測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 澤 拓哉, 鷲見 聡, 田辺 賢士, 粟野 博之
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] TbCo結晶膜の異常ネルンスト効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鷲見 聡、田辺 賢士、粟野 博之
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 垂直磁気異方性によるスピン起電力の増大 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福田 舜、鷲見 聡、田辺 賢士、粟野 博之
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] [TbCo]/Pt, [TbCo]/Cuヘテロ接合膜の磁気熱電効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 久田 真人, 鷲見聡, 田辺 賢士, 粟野 博之
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Observation of thermal distribution of magnetic nanowire memory by current injection (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Sawa, M. Kawamoto, S. Sumi, P. V. Thach, K. Tanabe, H. Awano
  • 学会等名: 2019 Joint MMM-INTERMAG
  • 国際学会
• [学会発表] 磁性層/重金属層ヘテロ構造の磁気光学効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本 憩, 鷲見 聡, 田辺 賢士, 粟野 博之
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 電流磁壁駆動磁性細線の温度分布測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 澤 拓哉, 鷲見 聡, 田辺 賢士, 粟野 博之
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 厚膜GdFeCo磁性細線における電流誘起磁壁移動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋 晨、黒川 雄一郎、鷲見 聡、田辺 賢士、粟野 博之
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Current driven domain wall motion study of magnetic wire with hetero-interface between RE-TM and heavy metal layers (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Awano, C. Y. Wu, H. Kondo, R. Yoshimura, S. Sumi, Y. Kurokawa, D. Bang, P. V. Thach, K. W. Lin
  • 学会等名: The 5th International Conference of Asian Union of Magnetics Societies (IcAUMS 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin orbit torque effect of TbCo/Pt magnetic wires (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Awano, P. V. Thach, D. Bang, S. Sumi
  • 学会等名: ETOPIM11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Influence of the Tb layer on current driven domain wall motion in Pt / Co / Tb magnetic wire (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Awano, W.C. Ying, R. Yoshimura, S. Sumi, P.V. Thach
  • 学会等名: INTERMAG 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Interference induced enhancement of magneto-optical effect in Pt/TbCo hetero-structured films (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Iemoto, S. Sumi, H. Awano, M. Hayashi
  • 学会等名: ETOPIM11
  • 国際学会
• [学会発表] Magneto-optical properties of Pt/TbCo heterostructure films (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Iemoto, S. Sumi, H. Awano, M. Hayashi
  • 学会等名: INTERMAG 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Fast current-induced domain wall motion in Tb/Co multilayered wires with symmetric structure (2018)
  • 著者名/発表者名: Pham Van Thach, Do Bang, Hiroyuki Awano
  • 学会等名: 18th Magnetics and Optics Research International Simposium
  • 国際学会
• [学会発表] Magneto-optical characteristics of Pt/TbCo hetrostructure films (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Iemoto, S. Sumi, H. Awano, M. Hayashi
  • 学会等名: 18th Magnetics and Optics Research International Simposium
  • 国際学会
• [学会発表] Spin Orbitoronics study in hetero- structure of ferri-magnetic (RE-TM) and heavy metal Pt (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Awano
  • 学会等名: IEEE, Progress in electromagnetics Research Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enhancement of Dzyaloshinsky Moriya interaction in TbFeCo/Co/Pt magnetic layer wires by manipulating Co thin layer thickness (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Kondo, Yuichiro Kurokawa, Hiroyuki Awano
  • 学会等名: IEEE, International symposium on advanced magnetic materials and applications
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancement of current induced-domain wall motion in Tb/Co multilayers sandwiched between heavy metal with opposite spin hall angles (2017)
  • 著者名/発表者名: Pham Van Thach, Do Bang, Hiroyuki Awano
  • 学会等名: IEEE, International symposium on advanced magnetic materials and applications
  • 国際学会
• [学会発表] TbFeCo/Pt 磁性細線のヘテロ界面に Co 層を挿入したときのスピン軌道相互作用の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 近藤 広泰，黒川 雄一郎，粟野 博之
  • 学会等名: IEEE Magnetics Society 名古屋支部若手研究会
• [学会発表] (Tb/Co)/Ptヘテロ界面磁性細線の電流磁壁駆動 (2017)
  • 著者名/発表者名: Do Bang, 鷲見聡、粟野博之
  • 学会等名: 電気学会マグネティックス研究会
• [学会発表] フレキシブルナノインプリントプラスチック基板を用いたバルクスピントルク磁化反転 (2017)
  • 著者名/発表者名: 粟野博之、浅利司、柴田凌輔
  • 学会等名: 電子情報通信学会Technical Reports
• [備考] 豊田工業大学 情報記録工学研究室
  • URL: https://www.toyota-ti.ac.jp/Lab/Zairyo/5z70/index.html