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磁気トンネル接合における電圧誘起型巨大磁気キャパシタンス効果の発現

研究課題

研究課題/領域番号 18H01485
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関慶應義塾大学 (2019-2020)
北海道大学 (2018)

研究代表者

海住 英生  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70396323)

研究分担者 西井 準治  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60357697)
長浜 太郎  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20357651)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2020年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2019年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2018年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
キーワードスピントロニクス / 磁性薄膜 / 誘電体 / 交流インピーダンス特性 / 電気容量 / 表面・界面物性 / ナノ構造
研究成果の概要

近年、磁場によりキャパシタンス(=電気容量)が変化する磁気キャパシタンス効果は、高感度磁気センサ、省エネメモリ、大容量蓄電材料への応用が期待されていることから、国内外で大きな注目を集めている。中でも、2層の磁性体の間に絶縁体が挟まれた磁気トンネル接合(MTJ)は、室温にて巨大なトンネル磁気キャパシタンス(TMC)効果を示すことから盛んに研究が進められている。本研究課題では、絶縁層としてMgOを用いたMTJを作製し、TMC効果の電圧依存性を調べた。その結果、室温にて300%を超えるTMC効果の観測に初めて成功し、そのメカニズムが拡張デバイ・フレーリッヒモデルで説明できることがわかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果は、静的なスピン蓄積と交流電場下のスピンダイナミクスに関する新たな学術的知見を提供するとともに、次世代革新的超高性能メモリの実現に向けた重要な設計指針を導くと期待できる。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (33件) (うち国際学会 16件、 招待講演 9件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] ブラウン大学(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] ブラウン大学(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] ブラウン大学(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Sign Inversion Phenomenon of Voltage-induced Tunnel Magnetocapacitance2021

    • 著者名/発表者名
      T. Nakagawa, K. Ogata, Y. Nakayama, G. Xiao, and H. Kaiju
    • 雑誌名

      Applied Physics Letter

      巻: 118

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Principle and Recent Advances in Tunnel Magnetocapacitance Effect2021

    • 著者名/発表者名
      H. Kaiju and T. Nagahama
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials

      巻: 141

    • NAID

      130008033214

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Large Inverse Tunnel Magnetoresistance in Magnetic Tunnel Junctions with an Fe3O4 Electrode2021

    • 著者名/発表者名
      Yasui Shoma、Honda Syuta、Okabayashi Jun、Yanase Takashi、Shimada Toshihiro、Nagahama Taro
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 15 号: 3 ページ: 034042-034042

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.15.034042

    • NAID

      120007126036

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 磁気トンネル接合における電圧誘起磁気キャパシタンス効果2020

    • 著者名/発表者名
      H. Kaiju
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 59 号: 4 ページ: 191-198

    • DOI

      10.2320/materia.59.191

    • NAID

      130007824775

    • ISSN
      1340-2625, 1884-5843
    • 年月日
      2020-04-01
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] NiCo2O4 films fabricated by reactive molecular beam epitaxy and annealing in various oxygen atmospheres2020

    • 著者名/発表者名
      Tsujie Asaka、Hara Yoshinori、Yanase Takashi、Shimada Toshihiro、Nagahama Taro
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 116 号: 23 ページ: 232404-232404

    • DOI

      10.1063/5.0008677

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tunnel magnetocapacitance in Fe/MgF2 single nanogranular layered films2020

    • 著者名/発表者名
      Msiska Robin、Honjo Shusaku、Asai Yuki、Arita Masashi、Tsurumaki-Fukuchi Atsushi、Takahashi Yasuo、Hoshino Norihisa、Akutagawa Tomoyuki、Kitakami Osamu、Fujioka Masaya、Nishii Junji、Kaiju Hideo
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 116 号: 8 ページ: 082401-082401

    • DOI

      10.1063/1.5139702

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 磁性薄膜エッジを利用した新規なナノスケール接合デバイスの創製2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kaiju, M. Fujioka and J. Nishii
    • 雑誌名

      電気学会誌

      巻: 139 号: 11 ページ: 730-735

    • DOI

      10.1541/ieejjournal.139.730

    • NAID

      130007740028

    • ISSN
      1340-5551, 1881-4190
    • 年月日
      2019-11-01
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Robustness of Voltage-induced Magnetocapacitance2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kaiju, T. Misawa, T. Nagahama, T. Komine, O. Kitakami, M. Fujioka, J. Nishii, and G. Xiao
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-018-33065-y

    • NAID

      120006536950

    • 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 / 国際共著
  • [学会発表] Observation and theoretical calculation of voltage-induced large tunnel magnetocapacitance2021

    • 著者名/発表者名
      K. Ogata, Y. Nakayama, G. Xiao, and H. Kaiju
    • 学会等名
      The 4th International Symposium for The Core Research Cluster for Spintronics
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 磁気キャパシタンス効果の基礎と最近の新展開2021

    • 著者名/発表者名
      海住英生
    • 学会等名
      強的秩序とその操作に関わる第12回講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fe3O4(001)/MgO(001)/Fe(001)強磁性トンネル接合における大きな負のTMR効果2021

    • 著者名/発表者名
      安井彰馬, 本多周太, 岡林潤, 柳瀬隆, 島田敏宏, 長浜太郎
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Fe3O4/MgO/Fe磁気トンネル接合におけるトンネル磁気抵抗効果2021

    • 著者名/発表者名
      安井 彰馬, 柳瀬 隆, 島田 敏宏, 長浜 太郎
    • 学会等名
      第56回応用物理学会北海道支部/第17回日本光学会北海道支部合同学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Voltage-induced large magnetocapacitance effect in MgO-based magnetic tunnel junctions2020

    • 著者名/発表者名
      K. Ogata, Y. Nakayama, G. Xiao, and H. Kaiju
    • 学会等名
      International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 電圧誘起巨大トンネル磁気キャパシタンス効果の観測と理論的解明2020

    • 著者名/発表者名
      緒方健太郎, 中山雄介, Gang Xiao, 海住英生
    • 学会等名
      第44回日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] MgOベース磁気トンネル接合における電圧誘起巨大磁気キャパシタンス効果2020

    • 著者名/発表者名
      緒方健太郎, 中山雄介, Gang Xiao, 海住英生
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] NiCo2O4 Thin Films Prepared by Reactive Molecular Beam Epitaxy and Annealing under High Pressure Oxygen Atmosphere2020

    • 著者名/発表者名
      Asaka Tsujie, Yoshinori Hara, Takashi Yanase, Toshihiro Shimada, and Taro Nagahama
    • 学会等名
      65th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 反応性MBEで作製したNiCo2O4の磁性と伝導性2020

    • 著者名/発表者名
      辻榮朝香、柳瀬隆、島田敏宏、長浜太郎
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 磁気トンネル接合における室温巨大磁気キャパシタンス効果2019

    • 著者名/発表者名
      海住英生、長浜太郎、北上修、西井準治、Gang Xiao
    • 学会等名
      日本磁気学会第224回研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 磁気キャパシタンス効果の新展開とその学理2019

    • 著者名/発表者名
      海住英生、長浜太郎、北上修、西井準治、Gang Xiao
    • 学会等名
      第1回慶大スピントロニクス研究開発センター研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 磁気キャパシタンス効果の新展開2019

    • 著者名/発表者名
      海住 英生、長浜 太郎、北上 修、西井 準治、Gang Xiao
    • 学会等名
      電気学会 第7回ナノスケール磁性体研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Magnetocapacitance Effect in Spintronic Devices2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kaiju, T. Nagahama, O. Kitakami, J. Nishii, and G. Xiao
    • 学会等名
      The 6th Japan-Korea International Symposium on Materials Science and Technology 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Experimental and Theoretical Study on Tunnel Magnetocapacitance in Fe/MgF2 Nanogranular Films2019

    • 著者名/発表者名
      R. Msiska, S. Honjo, Y. Asai, M. Arita, A. T. Fukuchi, Y. Takahashi, N. Hoshino, T. Akutagawa, O. Kitakami, M. Fujioka, J. Nishii and H. Kaiju
    • 学会等名
      The 6th Japan-Korea International Symposium on Materials Science and Technology 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electric and magnetic properties in Ni78Fe22/Mq3(M=Al, Er)/Ni78Fe22 nanoscale junction devices utilizing magnetic thin-film edges2019

    • 著者名/発表者名
      SASAKI, Yuma; MSISKA, Robin; MISAWA, Takahiro; MORI, Sumito; KOMINE, Takashi; HOSHINO, Norihisa; AKUTAGAWA, Tomoyuki; FUJIOKA, Masaya; NISHII, Junji; KAIJU, Hideo
    • 学会等名
      The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Epitaxial Growth of NiCo2O4 Films by Reactive Molecular Beam Epitaxy Method2019

    • 著者名/発表者名
      Asaka Tsujie, Takashi Yanase, Toshihiro Shimada, Taro Nagahama
    • 学会等名
      The 3rd Functional Matrial Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Junction Area and Bias Voltage Dependence of MR Ratio in Ni78Fe22/Mq3(M=Al, Er)/Ni78Fe22 Nanoscale Junction Devices Utilizing Magnetic Thin-film Edges2019

    • 著者名/発表者名
      Yuma Sasaki, Robin Msiska, Takahiro Misawa, Sumito Mori, Takashi Komine, Norihisa Hoshino, Tomoyuki Akutagawa, Masaya Fujioka, Melbert Jeem, Madoka Ono, Junji Nishii, and Hideo Kaiju
    • 学会等名
      2019 International Symposium of Research Institute for Electronic Science (RIES) Hokkaido University & Center for Emergent Functional Matter Science (CEFMS) National Chiao Tung University
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular nano-spintronic devices utilizing magnetic thin-film edges2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Sasaki, R. Msiska, T. Misawa, S. Mori, T. Komine, N. Hoshino, T. Akutagawa, M. Fujioka, J. Nishii, H. Kaiju
    • 学会等名
      Industry-UCB-UEC-Keio Workshop 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The crystal structure and magneto-transport properties of NixCo3-xO4 films2019

    • 著者名/発表者名
      Asaka Tsujie, Andrea Fernandez, Lora Veneracion, Takashi Yanase, Toshihiro Shimada, Taro Nagahama
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Ni78Fe22/Mq3(M=Al, Er)/Ni78Fe22 nanoscale junction devices utilizing magnetic thin-film edges2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Sasaki, R. Msiska, T. Misawa, S. Mori, T. Komine, N. Hoshino, T. Akutagawa, M. Fujioka, J. Nishii, and H. Kaiju
    • 学会等名
      The 3rd Workshop on Functional Materials Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Voltage-induced Magnetocapacitance in Magnetic Tunnel Junctions2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kaiju, T. Misawa, T. Nagahama, T. Komine, O. Kitakami, M. Fujioka, J. Nishii and G. Xiao
    • 学会等名
      2019 Joint MMM-Intermag Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electric and magnetic properties of Ni78Fe22/Alq3/Ni78Fe22 nanoscale junction devices utilizing magnetic thin-film edges2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Sasaki, R. Msiska, T. Misawa, S. Mori, T. Komine, N. Hoshino, T. Akutagawa, M. Fujioka, J. Nishii, H. Kaiju
    • 学会等名
      2019 Joint MMM-Intermag Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 磁気トンネル接合における室温巨大磁気キャパシタンス効果2019

    • 著者名/発表者名
      海住 英生、長浜 太郎、北上 修、西井 準治、Gang Xiao
    • 学会等名
      磁気学会第224回研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Magnetocapacitance effect in magnetic tunnel junctions2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kaiju, T. Nagahama, O. Kitakami, J. Nishii, and G. Xiao
    • 学会等名
      14th Hokkaido University-Nanjing University-NIMS/MANA Joint Symposium
    • 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] Molecular nano-spintronic devices utilizing Ni78Fe22 thin-film edges2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Sasaki, R. Msiska, T. Misawa, S. Mori, T. Komine, N. Hoshino, T. Akutagawa, M. Fujioka, J. Nishii and H. Kaiju
    • 学会等名
      14th Hokkaido University-Nanjing University-NIMS/MANA Joint Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ni78Fe22/Alq3/Ni78Fe22 nanoscale junction devices utilizing magnetic thin-film edges2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Sasaki, R. Msiska, T. Misawa, S. Mori, T. Komine, N. Hoshino, T. Akutagawa, M. Fujioka, J. Nishii, and H. Kaiju
    • 学会等名
      The 19th RIES-Hokudai International Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] FABRICATION OF METASTABLE B2 Fe1-xSnx FILMS BY EPITAXIAL GROWTH ON MgO(001)2018

    • 著者名/発表者名
      Taro Nagahama, Yuki Goto, Masato Araki, Takashi Yanase, Shimada Toshihiro, Masahito Tsujikawa and Masafumi Shirai
    • 学会等名
      23rd International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces ICMFS
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 磁性薄膜エッジを利用した分子ナノ接合素子の作製と電気磁気特性2018

    • 著者名/発表者名
      佐々木悠馬、Msiska Robin、三澤貴浩、森澄人、小峰啓史、星野哲久、芥川智行、藤岡正弥、西井準治、海住英生
    • 学会等名
      日本材料科学会第4回マテリアルズ・インフォマティクス基礎研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 強磁性トンネル接合における電圧誘起磁気キャパシタンス効果2018

    • 著者名/発表者名
      海住英生、三澤貴浩、長浜太郎、小峰啓史、北上修、藤岡正弥、西井準治、Xiao Gang
    • 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] 磁性薄膜エッジを利用したNi78Fe22/Alq3/Ni78Fe22ナノ接合素子の電気磁気特性2018

    • 著者名/発表者名
      佐々木悠馬、Msiska Robin、三澤貴浩、森澄人、小峰啓史、星野哲久、芥川智行、藤岡正弥、西井準治、海住英生
    • 学会等名
      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] 薄膜エッジを利用した磁性体/分子/磁性体ナノ接合デバイスの創製2018

    • 著者名/発表者名
      海住英生、藤岡正弥、西井準治
    • 学会等名
      日本化学会第9回分子アーキテクトニクス研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] The crystal structure and magnetotransport properties of CoxFe3-xO4 films and CoxFe3-xO4 / MgO or AlOx / FePt multilayers2018

    • 著者名/発表者名
      Asaka Tsujie、Takashi Yanase、Toshihiro Shimada、Taro Nagahama
    • 学会等名
      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] 磁性薄膜エッジを利用したナノ接合分子スピントロニクスデバイス2018

    • 著者名/発表者名
      海住 英生、藤岡 正弥、西井 準治
    • 学会等名
      ダイナミックアライアンスG1および物質・デバイス領域共同研究拠点事業合同研究会「有機分子集積体の機能設計と精密計測」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      https://www.kaiju.appi.keio.ac.jp

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 研究室HP

    • URL

      https://www.kaiju.appi.keio.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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