| 研究課題/領域番号 |
19K04499
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
磯上 慎二 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 主任研究員 (10586853)
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| 研究分担者 |
末益 崇 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40282339)
角田 匡清 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80250702)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 窒化物磁性膜 / 電流誘起磁化反転 / 磁気メモリ素子 / マンガン窒化物薄膜 / 磁気構造 / トポロジー / 超高効率磁化反転 / ノンコリニア磁気構造 / 垂直磁気異方性 / スピンホール効果 / 窒化物薄膜 / スピン軌道トルク / 高速磁化反転 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
スピン軌道トルク磁化反転に要する反転電流密度を現状より格段に低減し磁気記録装置の実現に貢献することを目的とする．そのために（１）コヒーレント成長した窒化物磁性薄膜／非磁性薄膜へテロ接合の開発を通して界面スピン注入効率の増大を図る．（２）注入スピンを効率的にトルクへ変換できる最適な積層材料と膜厚などの積層構造を見出す．（３）飽和磁化や垂直磁気異方性に及ぼす窒素や第三元素の影響を明らかとし，低反転電流密度に必要な飽和磁化の低減，垂直磁気異方性の最適化を試みる．
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| 研究成果の概要 |
磁性膜の電流誘起磁化反転に要する臨界電流密度（Jc）の大幅な低減のため，Mn基窒化物薄膜の開発と反転特性評価実験を行った．Pt層とのヘテロ接合のみならずMn基窒化物薄膜単一層にて磁化反転できることを新しく実証した（期待を上回る成果）．また，電流誘起磁化反転素子で標準となっているCoFeB磁性膜の場合に比べて約１桁程度小さい1 MA/cm2以下のJcで磁化反転できることを実証した．これは磁気メモリ素子を想定した場合，ヘテロ接合素子あるいは強磁性トンネル素子などのデバイスが不要となるため，従来に無いシンプルな構造で高集積性の向上に直結する意義のある成果である．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
将来の大規模ストレージに向けて更なる高効率磁化反転素子が期待されている．本研究で達成したMn基窒化物磁性膜を用いた電流誘起磁化反転に関する成果は，磁気メモリ素子を想定した場合，従来に無いシンプルな構造で高集積性の向上に直結する意義のあるものである．非共線型磁気構造はスキルミオン格子などの特異な磁区構造の発現に寄与するため，将来の大規模量子情報に対応したストレージ技術に貢献できる可能性がある．本研究では別途，Mn基窒化物薄膜における非共線・非鏡面磁気構造の優れた操作性も明らかにされていることから，今後の展開として，現在とは違った原理の磁気メモリ分野に発展する可能性がある．
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