フェリ磁性スピントロニクスの学理構築とデバイス展開

• 研究課題/領域番号: 20H05665
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 大区分D
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 小野 輝男 京都大学, 化学研究所, 教授 (90296749)
• 研究期間 (年度): 2020-08-31 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 採択後辞退 (2024年度)
• 配分額: 199,160千円 (直接経費: 153,200千円、間接経費: 45,960千円); 2024年度: 32,890千円 (直接経費: 25,300千円、間接経費: 7,590千円); 2023年度: 32,890千円 (直接経費: 25,300千円、間接経費: 7,590千円); 2022年度: 32,890千円 (直接経費: 25,300千円、間接経費: 7,590千円); 2021年度: 32,890千円 (直接経費: 25,300千円、間接経費: 7,590千円); 2020年度: 67,600千円 (直接経費: 52,000千円、間接経費: 15,600千円)
• キーワード: スピントロニクス / フェリ磁性体

研究開始時の研究の概要

フェリ磁性体は、２種類の磁気モーメントが反平行に結合しながらも正味の磁化を有する物質である。研究代表者らは、フェリ磁性GdFeCo合金が「磁化を持つ反強磁性体として振る舞う」ことを最近見いだした。本研究では、フェリ磁性体の「磁化を持つ反強磁性体」としての振る舞いの普遍性と多様性を明らかにし、「フェリ磁性スピントロニクス」という新しい学理を構築し、デバイス応用へ展開する。

研究実績の概要

フェリ磁性体は、２種類の磁気モーメントが反強磁性的に結合しながらも正味の磁化を有する物質である。磁化の大きさは組成や温度で調整可能で、２種類の磁気モーメントが完全に打ち消し合い反強磁性体のように磁化がゼロとなる状況も実現可能である。
研究代表者らは、フェリ磁性GdFeCo合金が「磁化を持つ反強磁性体として振る舞う」ことを最近見いだした。本研究では、フェリ磁性体の「磁化を持つ反強磁性体」としての振る舞いの普遍性と多様性を明らかにすることで、「フェリ磁性スピントロニクス」という新しい学理を構築し、デバイス応用へ展開することを目的とする。
本研究課題の核心をなす学術的「問い」は、フェリ磁性体の新しい側面「磁化を持つ反強磁性体としての振る舞い」は「普遍的なものか？」、そして「革新的デバイス応用へつながるか？」である。この学術的「問い」に答えるために、本研究では、(1)フェリ磁性体の磁化を持つ反強磁性体としての振る舞いの普遍性と多様性を明らかにするとともに、(2)その特徴を活かしたデバイス応用への展開を図ることで、フェリ磁性スピントロニクスの基盤を構築する。
本年度は、幅を空間的に変調した細線状デバイスに流した電流によるジュール加熱によって空間的な温度分布を作り出すことで、磁気補償によって磁化がゼロとなるナノスケールの領域を作り出すことができることを示し論文発表した。また、人工反強磁性体中のマグノンマグノン結合の定量測定を行い論文発表した。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

評価記号

中間評価所見 (区分)

A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの進展が認められる

研究成果

• [雑誌論文] Giant Asymmetry of Domain Walls Propagation in Pd/Co/Pd(111) Epitaxial Structures with Different Interface Roughness (2024)
  • 著者名/発表者名: Davydenko Aleksandr V.、Kozlov Aleksei G.、Chernousov Nikolay N.、Turpak Aleksandr A.、Ermakov Konstantin S.、Stebliy Maksim E.、Letushev Michail E.、Sadovnikov Alexandr V.、Golikov Aleksey P.、Ognev Alexey V.、Shiota Yoichi、Ono Teruo、Samardak Alexander S.
  • 雑誌名: ACS Applied Electronic Materials 巻: 6 号: 2 ページ: 1094-1103
  • DOI: 10.1021/acsaelm.3c01480
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rectification Effect of Non-Centrosymmetric Nb/V/Ta Superconductor (2023)
  • 著者名/発表者名: Kawarazaki R.、Iijima R.、Narita H.、Hisatomi R.、Shiota Y.、Moriyama T.、Ono T.
  • 雑誌名: Journal of the Magnetics Society of Japan 巻: 47 号: 5 ページ: 133-136
  • DOI: 10.3379/msjmag.2309R001
  • ISSN: 1882-2924, 1882-2932
  • 年月日: 2023-09-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Observation of mode splitting by magnon-magnon coupling in synthetic antiferromagnets (2023)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Daiju、Shiota Yoichi、Ishibashi Mio、Hisatomi Ryusuke、Moriyama Takahiro、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 16 号: 5 ページ: 053004-053004
  • DOI: 10.35848/1882-0786/acd5a6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonuniform Current-Driven Formation and Displacement of the Magnetic Compensation Point in Variable-Width Nanoscale Ferrimagnets (2023)
  • 著者名/発表者名: Stebliy Maksim E.、Bazrov Michail A.、Namsaraev Zhimba Zh.、Letushev Michail E.、Kozlov Aleksei G.、Antonov Valerii A.、Stebliy Ekaterina V.、Davydenko Aleksandr V.、Ognev Alexey V.、Shiota Yoichi、Ono Teruo、Samardak Alexander S.
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 15 号: 34 ページ: 40792-40798
  • DOI: 10.1021/acsami.3c08979
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pulse-width dependence of spin?orbit torque switching in Mn₃Sn/Pt thin films (2023)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Yuta、Shiota Yoichi、Narita Hideki、Ono Teruo、Moriyama Takahiro
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 122 号: 12 ページ: 122405-122405
  • DOI: 10.1063/5.0144602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetization Control of Zero‐Field Intrinsic Superconducting Diode Effect (2023)
  • 著者名/発表者名: Narita Hideki、Ishizuka Jun、Kan Daisuke、Shimakawa Yuichi、Yanase Youichi、Ono Teruo
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 35 号: 40 ページ: 2304083-2304083
  • DOI: 10.1002/adma.202304083
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Detection of Antiferromagnetic Dynamics in Gd-Co Thin Films Using 154-GHz Gyrotron Irradiation (2023)
  • 著者名/発表者名: Funada S.、Ishikawa Y.、Kimata M.、Hayashi K.、Sano T.、Sugi K.、Fujii Y.、Mitsudo S.、Shiota Y.、Ono T.、Moriyama T.
  • 雑誌名: Physical Review Applied 巻: 19 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.19.l031003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field-free superconducting diode effect in noncentrosymmetric superconductor/ferromagnet multilayers (2022)
  • 著者名/発表者名: Narita Hideki、Ishizuka Jun、Kawarazaki Ryo、Kan Daisuke、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Shimakawa Yuichi、Ognev Alexey V.、Samardak Alexander S.、Yanase Youichi、Ono Teruo
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 17 号: 8 ページ: 823-828
  • DOI: 10.1038/s41565-022-01159-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polarization-Selective Excitation of Antiferromagnetic Resonance in Perpendicularly Magnetized Synthetic Antiferromagnets (2022)
  • 著者名/発表者名: Shiota Yoichi、Arakawa Tomonori、Hisatomi Ryusuke、Moriyama Takahiro、Ono Teruo
  • 雑誌名: Physical Review Applied 巻: 18 号: 1 ページ: 014032-014032
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.18.014032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extrinsic contribution to anomalous Hall effect in chiral antiferromagnetic (111)-oriented L12-Mn3Ir films (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Kobayashi, M. Kimata, D. Kan, T. Ikebuchi, Y. Shiota, H. Kohno, Y. Shimakawa, T. Ono, and T. Moriyama
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 61 号: 7 ページ: 0709121-4
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ac7625
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low ferrimagnetic damping in Gd3Fe5O12 epitaxial films grown using pulsed laser deposition (2022)
  • 著者名/発表者名: Funada S.、Kan D.、Kuwano K.、Shiota Y.、Hisatomi R.、Moriyama T.、Shimakawa Y.、Ono T.
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 121 号: 9 ページ: 092402-092402
  • DOI: 10.1063/5.0099618
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic-field-induced polarity oscillation of superconducting diode effect (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawarazaki Ryo、Narita Hideki、Miyasaka Yuta、Ikeda Yuhei、Hisatomi Ryusuke、Daido Akito、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Yanase Youichi、Ognev Alexey V.、Samardak Alexander S.、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 15 号: 11 ページ: 113001-113001
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ac99b9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic polarization selective spectroscopy of magnetic thin films probed by wideband crossed microstrip circuit in GHz regime (2022)
  • 著者名/発表者名: Arakawa Tomonori、Shiota Yoichi、Yamada Keisuke、Ono Teruo、Kon Seitaro
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 93 号: 1 ページ: 013901-013901
  • DOI: 10.1063/5.0074654
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal orientation dependence of spin Hall angle in epitaxial Pt/FeNi systems (2022)
  • 著者名/発表者名: Ikebuchi Tetsuya、Shiota Yoichi、Ono Teruo、Nakamura Kohji、Moriyama Takahiro
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 120 号: 7 ページ: 072406-072406
  • DOI: 10.1063/5.0078688
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inhomogeneous magnetic properties characterized by simultaneous electrical and optical detection of spin-torque ferromagnetic resonance (2021)
  • 著者名/発表者名: Shiota Yoichi、Hisatomi Ryusuke、Moriyama Takahiro、Samardak Alexander S.、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 119 号: 19 ページ: 192409-192409
  • DOI: 10.1063/5.0070012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of nonreciprocal superconducting critical field (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyasaka Yuta、Kawarazaki Ryo、Narita Hideki、Ando Fuyuki、Ikeda Yuhei、Hisatomi Ryusuke、Daido Akito、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Yanase Youichi、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 14 号: 7 ページ: 073003-073003
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ac03c0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-distance spin current transmission in single-crystalline NiO thin films (2021)
  • 著者名/発表者名: Ikebuchi Tetsuya、Kobayashi Yuta、Sugiura Itaru、Shiota Yoichi、Ono Teruo、Moriyama Takahiro
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 14 号: 12 ページ: 123001-123001
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ac3575
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field-driven domain wall creep motion in ferrimagnetic Tb/CoFeB/MgO microwires (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirata Yuushou、Noda Kaoru、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Ono Teruo
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 60 号: 2 ページ: 020902-020902
  • DOI: 10.35848/1347-4065/abd67d
  • 査読あり
• [学会発表] Field-free superconducting diode effect in noncentrosymmetric superconductor/ferromagnet multilayers (2023)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: INTERMAG2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconducting diode effect in Rashba superlattice (2023)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: 7th Sol-SkyMag International Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] X-Spintronics (2023)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: The 13th International Conference on Advanced Materials and Devices
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconducting diode effect (2023)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: 2024 Annual Meeting of the Physical Society of Taiwan
  • 招待講演
• [学会発表] Superconducting diode effect in Rashba superlattice (2023)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: 1st KAI-X Global Conference in Physics-International workshop on Orbitronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconducting diode effect in Rashba superlattice (2023)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: International Workshop of Spin/Quantum Materials and Devices
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconducting diode effect in Rashba superlattice (2023)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: DPG Spring Meetings
  • 招待講演
• [学会発表] 3D domain wall motion memory with artificial ferromagnet (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: International Conference on Microwave Magnetics 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamics of Domain Wall and Skyrmion in Ferrimagnet (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: Sol-SkyMag International Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 3D domain wall motion memory with artificial ferromagnet (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: Joint European Magnetic Symposia 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 3D domain wall motion memory with artificial ferromagnet (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: 7th Workshop on Magnonics 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconducting Diode Effect in Rashba Superlattice (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ferrimagnetic spintronics (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: MAGNEFI conference 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconducting diode effect in Rashba superlattice (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: The 6th Symposium for the Core Research Clusters for Materials Science and Spintronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 3D domain wall motion memory with artificial ferromagnet (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: International Workshop on Spintronics 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconducting Diode Effect in Rashba Superlattice (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: Oxide Superconducting Spintronics Workshop 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconducting Diode Effect in Rashba Superlattice (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: 6th International Symposium on Frontiers in Materials Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Superconducting Diode Effect in Rashba Superlattice (2022)
  • 著者名/発表者名: Teruo Ono
  • 学会等名: 35th International Symposium on Superconductivity (ISS2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamics of Domain Wall and Skyrmion in Ferrimagnet (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野輝男
  • 学会等名: The 5th International Conference on "Nanomagnetism and Spintronics" (Sol-SkyMag 2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamics of Domain Wall and Skyrmion in Ferrimagnet (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野輝男
  • 学会等名: Workshop on Magnetism, Interactions and Complexity
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] フェリ磁性体の磁化ダイナミクス (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会 2021年秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] フェリ磁性ガーネットGd3Fe5O12薄膜における磁気共鳴 (2021)
  • 著者名/発表者名: 船田晋作
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会2021年度春季大会（第127回講演大会）
• [学会発表] フェリ磁性体Co/Gd多層膜における磁気共鳴測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 桑野恭輔
  • 学会等名: 日本物理学会第77回年次大会
• [備考]
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~onoweb/
• [備考]
  • URL: https://www.kuicr.kyoto-u.ac.jp/sites/
• [備考]
  • URL: https://www.icr-ijurc.jp/
• [備考]
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~onoweb/
• [備考]
  • URL: https://www.kuicr.kyoto-u.ac.jp/sites/