| 研究課題/領域番号 |
19KK0104
|
|---|
| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
|
| 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 | 筑波大学 |
|---|
研究代表者 |
末益 崇 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40282339)
|
|---|
| 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)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-10-07 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
|
| 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)
|
|---|
| キーワード | スピントロニクス / フェリ磁性体 / 垂直磁気異方性 / 磁化補償 / 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 |
|---|
| 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。
|
| 研究実績の概要 |
本研究では、これまでNiやCo等の遷移金属不純物をMn4Nにドープした薄膜を形成し、磁化補償組成近傍において、超高速の電流駆動磁壁移動を達成してきた。R4年度は、非磁性元素である金(Au)やスズ(Sn)をドーピングしたMn4N膜(厚さ約10nm)を分子線エピタキシー法により、チタン酸ストロンチウム基板上にエピタキシャル成長し、磁気輸送特性およびX線磁気円二色性(XMCD)測定結果から磁化補償の可能性について検討した。
室温での磁気輸送特性の測定から、AuをドープしたMn(4-x)Au(x)Nでは、Anの組成x=0.1と0.2の間で、異常ホール角の符号が反転した。また、SnをドープしたMn(4-y)Sn(x)Nでは、y=0.5と0.7で、さらに、y=0.7と1.0の間で、異常ホール角の符号が反転した。第一原理計算から、Mn4Nでは、面心サイトのMn原子がフェルミ準位での状態密度をほぼ占有するため、MこのMn原子が電気伝導を支配すると考えられる。このため、異常ホール角の符号反転は、少なくとも、面心サイトのMnの磁気モーメントが反転したことを示唆している。しかし、角サイトのMn原子の磁気モーメントについては情報が得られないため、角および面心サイトのMn原子について、磁気モーメントの方向を確認するためXMCD測定を室温で行った。
一方、Mn(4-y)Sn(x)Nでは、測定時に印加できる磁場では磁化が飽和しないため、測定には至らなかった。
測定の結果、AuをドープしたMn(4-x)Au(x)Nでは、Anの組成x=0.1と0.2の間で、角サイトのMn原子の磁気モーメントの方向は変わらないが、面心サイトのMnの磁気モーメントが反転し、角サイトのMn原子のそれと平行になることが分かった。このことは、非磁性元素のドープにもかかわらず、強磁性的な振る舞いに変化したことを示す結果であり、大変興味深い。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
非磁性不純物（Au, Sn）を系統的にフェリ磁性体Mn4N膜にドープした試料を作製し、磁気特性を磁気輸送特性およびX線磁気円二色性特性を評価したことで、非磁性元素のドーピングにもかかわらず、2つのMnサイトの磁気モーメントが平行になる、つまり、強磁性的になるとの面白い現象を捉えた。以上のことから、本研究は、概ね順調に進展していると考えている。
|
| 今後の研究の推進方策 |
今後は、以下の２点を中心に行う。
１．ドーピングする非磁性元素の種類を増やし、角および面心サイトのMn原子の磁気モーメントがどのように変化するか、系統的に調べる。
２．スピン移行トルクによる電流駆動磁壁移動を行った来たが、スピン軌道トルクによる電流駆動磁壁移動の可能性を探索する。そのためには。極薄膜のMn4N膜
を形成する必要がある。そのようなMn4N膜の形成条件を明らかにする。
|
