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スピン軌道相互作用に基づく超高速ナノ電磁石の動作原理の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 18K18849
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
研究機関大阪大学 (2019)
東京大学 (2018)

研究代表者

小山 知弘  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (60707537)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
キーワードスピントロニクス / スピン軌道相互作用 / 磁性薄膜 / 電磁石 / スピンエレクトロニクス / 磁性
研究成果の概要

本研究では、スピン軌道トルク(SOT)を動作原理とする新しいタイプの電磁石の提案・動作実証を行う。具体的には、ランダムな多磁区構造と単一磁区構造という状態間のSOTによるサブナノ秒スイッチングの可能性を検証した。研究機関内に、①SOTによる多磁区状態→単磁区状態の変化を実証、②強磁性体/非磁性体界面への酸化層導入によるSOTの増強を確認、③ナノ秒の時間スケールにおいてもSOTによる磁化の安定化が可能であることを確認、という成果を得ることができた。これらにより、サブナノ秒SOT電磁石動作の実現にとって非常に重要な知見を得ることができたと考えている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

電磁石の使い方などというのは既に確立されており、性能を高めるための技術的な改良の余地しかないように思われるだろう。しかし本研究により、スピン軌道相互作用に基づく全く新しい電磁石の実現可能性が見えてきた。これにより、既存の技術では到底達成できないであろう「ピコ秒オーダーの超高速動作」、「十分な磁界出力特性を備えたナノサイズの超小型コイルレス電磁石」の可能性が期待できる。これは、「動作原理を大きく転換させることで、ありふれたデバイスにおける革新的な利用の仕方が生み出される可能性がある」ことを示している点で学術的意義は大きい。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 3件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Electric field modulation of exchange bias at the Co/CoOx interface2020

    • 著者名/発表者名
      Hirai T.、Koyama T.、Chiba D.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 号: 1 ページ: 014447-014447

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.014447

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electric field effect on the magnetic domain wall creep velocity in Pt/Co/Pd structures with different Co thicknesses2020

    • 著者名/発表者名
      Koyama T.、Ieda J.、Chiba D.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 116 号: 9 ページ: 092405-092405

    • DOI

      10.1063/1.5143970

    • NAID

      120007038619

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Possible contribution of high-energy magnons to unidirectional magnetoresistance in metallic bilayers2019

    • 著者名/発表者名
      Kim Kab-Jin、Li Tian、Kim Sanghoon、Moriyama Takahiro、Koyama Tomohiro、Chiba Daichi、Lee Kyung-Jin、Lee Hyun-Woo、Ono Teruo
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 12 号: 6 ページ: 063001-063001

    • DOI

      10.7567/1882-0786/ab1b54

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Giant gate-controlled proximity magnetoresistance in semiconductor-based ferromagnetic?non-magnetic bilayers2019

    • 著者名/発表者名
      Takiguchi Kosuke、Anh Le Duc、Chiba Takahiro、Koyama Tomohiro、Chiba Daichi、Tanaka Masaaki
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 15 号: 11 ページ: 1134-1139

    • DOI

      10.1038/s41567-019-0621-6

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Solid-state capacitor for voltage control of magnetism formed on a flexible substrate2019

    • 著者名/発表者名
      Ochi K.、Hirai T.、Ota S.、Koyama T.、Sekitani T.、Chiba D.
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 号: 11 ページ: 118003-118003

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab4de9

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Real-space and pulse-by-pulse analysis of domain wall creep induced by spin-Hall torque2019

    • 著者名/発表者名
      Ohkochi Takuo、Kim Kab-Jin、Kim Sanghoon、Yoshimura Yoko、Tanigawa Hironobu、Ohshima Norikazu、Koyama Tomohiro、Kotsugi Masato、Chiba Daichi、Ono Teruo、Kinoshita Toyohiko
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 号: 2 ページ: 023001-023001

    • DOI

      10.7567/1347-4065/aaf628

    • NAID

      210000135283

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electric-field-induced magnetic domain writing in a Co wire2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Tanaka, T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 11 号: 5 ページ: 053005-053005

    • DOI

      10.7567/apex.11.053005

    • NAID

      210000136196

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Correlation of the Dzyaloshinskii?Moriya interaction with Heisenberg exchange and orbital asphericity2018

    • 著者名/発表者名
      Kim Sanghoon、Ueda Kohei、Go Gyungchoon、Jang Peong-Hwa、Lee Kyung-Jin、Belabbes Abderrezak、Manchon Aurelien、Suzuki Motohiro、Kotani Yoshinori、Nakamura Tetsuya、Nakamura Kohji、Koyama Tomohiro、Chiba Daichi、Yamada Kihiro. T.、Kim Duck-Ho、Moriyama Takahiro、Kim Kab-Jin、Ono Teruo
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 1648-1648

    • DOI

      10.1038/s41467-018-04017-x

    • NAID

      120006462508

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Microscopic origin of electric-field-induced modulation of Curie temperature in cobalt2018

    • 著者名/発表者名
      Ando Fuyuki、Yamada Kihiro T.、Koyama Tomohiro、Ishibashi Mio、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Chiba Daichi、Ono Teruo
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 11 号: 7 ページ: 073002-073002

    • DOI

      10.7567/apex.11.073002

    • NAID

      210000136281

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhancement of spin-orbit torque by inserting CoOx layer into Co/Pt interface2018

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa K.、Hibino Y.、Suzuki M.、Koyama T.、Chiba D.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 2

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.020405

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electric field effect on magnetism in a MgO/Pd/Co system with a solid-state capacitor structure2018

    • 著者名/発表者名
      Obinata Aya、Hirai Takamasa、Kotani Yoshinori、Toyoki Kentaro、Nakamura Tetsuya、Koyama Tomohiro、Chiba Daichi
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 8 号: 11 ページ: 115122-115122

    • DOI

      10.1063/1.5039680

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Magnetic domain writing defined by electrical gating in Pt/Co film2018

    • 著者名/発表者名
      Ando Fuyuki、Ishibashi Mio、Koyama Tomohiro、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Chiba Daichi、Ono Teruo
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 113 号: 25 ページ: 252402-252402

    • DOI

      10.1063/1.5078553

    • NAID

      130007736749

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electric field control of magnetic domain wall motion via modulation of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction2018

    • 著者名/発表者名
      Koyama Tomohiro、Nakatani Yoshinobu、Ieda Jun’ichi、Chiba Daichi
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 4 号: 12 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1126/sciadv.aav0265

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 強磁性超薄膜における電界効果を利用した磁壁ダイナミクス制御2019

    • 著者名/発表者名
      小山知弘
    • 学会等名
      電子情報通信学会 磁気記録・情報ストレージ研究会(MRIS)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 電界効果による磁壁ダイナミクスの制御2019

    • 著者名/発表者名
      小山知弘
    • 学会等名
      第5回 IEEE関西四国磁性研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 磁壁ダイナミクスの電界制御2019

    • 著者名/発表者名
      小山知弘
    • 学会等名
      東北大学電気通信研究所共同プロジェクト発表会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Detection of spin-orbit toruqes generated from interfacial spin-orbit scattering at Pt/Co interface2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Hibino, T. Koyama, D. Chiba
    • 学会等名
      International Conference on Magnetism(ICM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhancement of spin-orbit torque by oxidation layer insertion into Co/Pt interface2018

    • 著者名/発表者名
      K. Hasegawa, Y. Hibino, T. Koyama, and D. Chiba
    • 学会等名
      10th International School and Conference on Physics and Applications of Spin Phenomena in Solids (PASPS10)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electric field modulation of magnetic domain wall velocity in Pt/Co/Pd structure2018

    • 著者名/発表者名
      T. Koyama, D. Chiba
    • 学会等名
      9th Joint European Magnetic Symposia (JEMS) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 磁石の中を高速に伝播する”磁気の壁”の運動を電圧で制御することに成功

    • URL

      https://www.t.u-tokyo.ac.jp/foe/press/setnws_201812251037471597902553.html

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2018-07-25   更新日: 2021-02-19  

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