| 研究課題/領域番号 |
19KK0104
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
末益 崇 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40282339)
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| 研究分担者 |
本多 周太 関西大学, システム理工学部, 准教授 (00402553)
中堂 博之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (30455282)
柳原 英人 筑波大学, 数理物質系, 教授 (50302386)
奥村 宏典 筑波大学, 数理物質系, 助教 (80756750)
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| 研究期間 (年度) |
2019-10-07 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)
2023年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2020年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | スピントロニクス / フェリ磁性体 / 磁化補償 / x線磁気円二色性 / エピタキシャル成長 / 分子線エピタキシー / 垂直磁気異方性 / スピントロ二クス / 磁壁 / 電流駆動磁壁移動 / スピン移行トルク / 電流誘起磁壁移動 / 第一原理計算 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
AIやビックデータ用に大容量で低消費電力のメモリーが必須であり、究極の情報記録素子として、電流駆動磁壁移動デバイスの研究が盛んに行われている。このデバイスでは、磁性細線の磁区の磁化方向を情報の0 又は 1に対応させ、磁区の境界である磁壁を電流で高速に移動して情報の書込み・読み出しを行う。このため、小さな電流で、つまり、小電力で高速の磁壁移動を達成することが求められる。申請者は、フェリ磁性体Mn4Nに注目し、比較的低い電流密度で900 m/sに達する超高速の磁壁移動を達成してきた。本研究では、フランス側研究者との共同研究により、Niを少量添加することで角運動量補償を達成し、格段の超高速駆動を実証する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では以下の研究成果を得た。まず、スピン移行トルクにより、室温で3km/sに達する電流駆動磁壁移動を外部磁場のアシストなしで実証した。さらに、Mn4Nにドープすることで室温で磁化補償が生じる不純物元素を複数見出すことができた。また、スピン軌道トルクを利用するには極薄膜Mn4N膜を形成する必要があるが、分子線エピタキシー法での堆積時、Mnおよび窒素の供給量を精密に制御することで、膜厚約4nmのMn4N膜のエピタキシャル成長に初めて成功した。また、スピンHall効果を利用できるよう重金属にPtを選び、Mn4N膜をPt/SrTiO3(001)基板上にエピタキシャル成長することに成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
AI活用に伴うデータ量の拡大により、半導体メモリーの消費電力が急拡大しており、記録保持に電力を使わない磁性体メモリーが注目されている。そのようなデバイスでは、磁性体の磁化の方向を電流で制御することが基本である。フェリ磁性体における高速な磁化制御は、これまでTb等の希少元素を構成元素とするフェリ磁性体で、スピン軌道トルクにより達成されたきた。それに対し、レアアースフリーなMn4Nにより超高速の磁化制御が、スピン移行トルクにより達成されたことで、スピン移行トルクが見直される機会になった。今後、Mn4N系でスピン軌道トルクを用いることで、さらに高速な磁化制御が達成できると期待される。
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