| 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 / 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 |
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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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| 研究実績の概要 |
フェリ磁性体Mn4Nは垂直磁気異方性を示し、また、異方性エネルギーが大きいため、スピントロニクス材料として注目して研究を進め、以下の結果を得た。
1. 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。堆積時の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。従来は、10nm以下の膜厚のMn4Nの報告例はなかった。
2. 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)基板へのエピタキシャル成長に成功した。
3. 非磁性元素であるCuを添加した(Mn,Cu)4N膜が、室温で磁化補償を示すことを、あるCu組成付近で保磁力が拡大し、また、飽和磁化が減少することから明らかにした。また、X線磁気円二色性の測定から、磁化補償組成の前後でCuの磁気モーメントが反転することが明らかになった。一方、Mnの磁気モーメントについては、磁化補償を示すCoおよびNi添加Mn4Nとは異なり、ノンコリニアな磁気構造になっていると考えられる。同様な結果が、他の非磁性不純物(In, Ga, Au)を添加した試料でも起こっている。よって、これらの不純物を添加したMn4Nについても、室温で磁化補償組成が存在する可能性が高い。
4. Mn4N/(Mn,Cu)4Nヘテロ接合を形成し、断面TEM観察からヘテロ界面でのCuの拡散が無視できるほど小さいこと、さらに、２層間で反強磁性的な磁気結合が生じることを、表面敏感な測定であるKerr効果顕微鏡、X線磁気円二色性、ホール効果測定、磁化測定で明らかにした。Mn4Nベースの2層構造による反強磁性結合の実証は、これが初めてである。
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