| 研究課題/領域番号 |
20H02196
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
小峰 啓史 茨城大学, 応用理工学野, 准教授 (90361287)
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| 研究分担者 |
青野 友祐 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (20322662)
長谷川 靖洋 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60334158)
千葉 貴裕 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (90803297)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 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 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2020年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
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| キーワード | スピントロニクス / トポロジカル絶縁体 / 不揮発性メモリ / スピン軌道トルク / 磁気異方性 / 界面制御 / 電界制御 / 磁気メモリ / 低消費電力 / 磁壁移動型メモリ / 低電力動作 / 磁性絶縁体 / ダンピング定数の電界制御 / スピン波情報処理 / 閾値電流 / 磁気トポロジカル絶縁体 / 磁気異方性の電界制御 / FET型メモリ素子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
磁壁移動型メモリ実現のためには，低消費電力・高速動作を両立する必要があり，スピン軌道トルクの積極的な利用に加えて，磁壁ピニングを抑制する構造上の工夫が必要である．本研究では，電荷-スピン変換を磁壁に効率よく伝達するため，トポロジカル絶縁体と磁性体の界面状態を理解する．磁性層/トポロジカル絶縁層界面の電子状態解析，及び，異常ホール抵抗のハーモニック解析を通じて，大きな界面スピン軌道トルクを誘起するための材料および界面制御方法を探索する．低電流駆動およびロバストネス向上のため，磁壁ピニング効果を抑制するための軟磁性被覆構造も併行して検討し，低消費電力・高速動作を両立する基本原理を明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，低消費電力・高速動作を両立するスピントロニクスデバイスを目指し，トポロジカル絶縁体(TI)と磁性体の界面におけるスピン軌道トルクを利用した新しい素子を検討した．磁性絶縁体とTIの接合による界面状態を電圧制御することで、スピン軌道トルクを誘起することが可能であり，スピン運動量ロッキングを通じて磁気異方性も制御出来ることを示した．スピン軌道トルクと電圧制御磁気異方性を用いた磁性トポロジカル絶縁体素子を提案し、電圧による磁化反転を解析したところ、磁気トンネル接合よりも低電力で動作可能であることを示唆した．書き込みエラー率を調べたところ，低い書き込みエラー率が実証した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
低消費電力・高速動作を両立するスピントロニクスデバイスの創出は、爆発的に増大し続ける情報に伴うエネルギー消費を劇的に軽減する手法として注目されており、近年需要増大が目覚ましいデータセンターやエッジコンピューティングへの活用が期待されている。本研究では、提案する磁性トポロジカル絶縁体素子を用いることで、低消費電力・高速・高信頼性動作を実現出来る可能性を明らかにし、新たなスピントロニクスデバイス創出のブレークスルーになると期待される。
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