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Current-driven dynamics of non-collinear antiferromagnetic spin structures for functional spintronic devices

研究課題

研究課題/領域番号 20K15155
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分29010:応用物性関連
研究機関東北大学

研究代表者

DUTTAGUPTA SAMIK  東北大学, 先端スピントロニクス研究開発センター, 助教 (30807657)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2021年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワードAntiferromagnet / Topology / Weyl semimetal / AFM Spintronics / AFM spintronics / Weyl semimetals / Band structure topology / Non collinear
研究開始時の研究の概要

The realization of high-speed and low-power architectures is a crucial challenge for high-throughput computing paradigms. This project aims at control and manipulation of topological non-collinear antiferromagnet by charge or spin currents for ultra-fast, dissipation-less spintronic devices.

研究実績の概要

The concerted effort of relativistic spin-orbit interaction, electronic band topology and magnetic order in antiferromagnetic Weyl semimetals (WSM-AFMs) manifests itself in novel properties, crucial for development of antiferromagnetic spintronics. We quantified magnetotransport properties of polycrystalline and epitaxial WSM-AFM/heavy-metal structures which revealed signatures of chiral anomaly in condensed matter systems. We utilized anomalous Nernst effect for different crystallographic orientations (C and M-plane) of the epitaxial structure. Our observations show an electronic route towards characterization of topological nature of electronic bands in Weyl semimetals.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

Our current research work deals with the interplay of relativistic spin-orbit interaction and non-collinear antiferromagnetic order leading to novel spin-dependent topological magnetoresistive effects and corresponds to the first objective of the proposed work plan. Our present experimental results supported by theoretical models have provided significant insights into the quantification of the band structure topology along different crystallographic axes, antiferromagnet and heavy-metal (HM) underlayer thickness in antiferromagnetic Weyl semimetal/HM structures. Currently, we are investigating new routes towards control of the topological properties for the realization of high-performance antiferromagnetic spintronic devices.

今後の研究の推進方策

The proposed work can be divided into three stages: (1) quantification and control of the topological properties in non-collinear Weyl semimetal antiferromagnet (WSM-AFM), (2) current-induced control of WSM-AFM spin structures, and (3) realization and current-induced control of WSM-AFM spin textures. At this stage, our results enable electronic quantification of the topological properties in an antiferromagnet Weyl semimetal heterostructure. Subsequent investigations concern current-induced control of WSM-AFM spin structures for development of next-generation antiferromagnetic spintronic devices.

報告書

(2件)
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 8件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Modification of unconventional Hall effect with doping at the nonmagnetic site in a two-dimensional van der Waals ferromagnet2022

    • 著者名/発表者名
      R. R. Chowdhury; C. Patra; S. DuttaGupta; S. Satheesh; S. Dan; S. Fukami; and R. P. Singh
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 6 号: 1 ページ: 0140021-9

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.6.014002

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of domain structure in non-collinear antiferromagnetic Mn3Sn thin films by magneto-optical Kerr effect2022

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Uchimura, Ju-Young Yoon, Yuma Sato, Yutaro Takeuchi, Shun Kanai, Ryota Takechi, Keisuke Kishi, Yuta Yamane, Samik DuttaGupta, Jun’ichi Ieda, Hideo Ohno, and Shunsuke Fukami
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters (accepted)

      巻: 4

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Unconventional Hall effect and its variation with Co-doping in van der Waals Fe3GeTe22021

    • 著者名/発表者名
      R. Roy Chowdhury; S. DuttaGupta; C. Patra; O. A. Tretiakov; S. Sharma; S. Fukami; H. Ohno & R. P. Singh
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1038/s41598-021-93402-6

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Correlation of anomalous Hall effect with structural parameters and magnetic ordering in Mn<sub>3+<i>x</i></sub>Sn<sub>1?<i>x</i></sub> thin films2021

    • 著者名/発表者名
      Yoon Ju-Young、Takeuchi Yutaro、DuttaGupta Samik、Yamane Yuta、Kanai Shun、Ieda Jun’ichi、Ohno Hideo、Fukami Shunsuke
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 11 号: 6 ページ: 065318-065318

    • DOI

      10.1063/5.0043192

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Metallic Antiferromagnetic Spintronics2021

    • 著者名/発表者名
      Samik DuttaGupta
    • 学会等名
      Condensed Matter Physics Webinar, Shiv Nadar University, and IIT Goa
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Unconventional Hall effect and its modification in 2D van der Waals Fe3GeTe22021

    • 著者名/発表者名
      R. Roy Chowdhury, S. DuttaGupta, C. Patra, Oleg A. Tretiakov, S. Sharma, S. Fukami, H. Ohno and R. P. Singh
    • 学会等名
      Symposium on Magnetism and Spintronics (SMS)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Properties and Functionalities of Non-Collinear Antiferromagnetic Mn3+xSnx Thin Films2021

    • 著者名/発表者名
      J.-Y. Yoon, Y. Takeuchi, Y. Yamane, R. Itoh, S. DuttaGupta, B. Jinnai, S. Kanai, J. Ieda, H. Ohno and S. Fukami
    • 学会等名
      The 5th International Symposium for the Core Research Cluster for Spintronics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Topological spin texture-mediated unconventional Hall effect in 2D ferromagnet Fe3GeTe22021

    • 著者名/発表者名
      S. DuttaGupta, R. Roy Chowdhury, O. A. Tretiakov, C. Patra, S. Sharma, S. Fukami, H. Ohno and R. P. Singh
    • 学会等名
      The 82nd JSAP Autumn Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Evaluation of resistivity in Ta-O/CoFeB multilayers with the presence of interfacial scattering2021

    • 著者名/発表者名
      T. V. A. Nguyen, S. DuttaGupta, Y. Saito, K. V. De Zoysa, S. Fukami, H. Naganuma, S. Ikeda, T. Endoh and Y. Endo
    • 学会等名
      The 82nd JSAP Autumn Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Unconventional Hall effect in van der Waals Fe3GeTe22021

    • 著者名/発表者名
      R. Roy Chowdhury, S. DuttaGupta, Oleg A. Tretiakov, C. Patra, S. Sharma, S. Fukami, H. Ohno and R. P. Singh
    • 学会等名
      2021 IEEE Around-the-Clock-Around-the-Globe Conference
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Electrical switching of metallic antiferromagnet/non-magnet heterostructures2021

    • 著者名/発表者名
      S. DuttaGupta, A. Kurenkov, Oleg A. Tretiakov, G. Krishnaswamy, G. Sala, V. Krizakova, F. Machherozzi, S. S. Dhesi, P. Gambardella
    • 学会等名
      National Conference on Low Dimensional Materials
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Spin-orbit torque in naturally oxidized Ta-O/Co-Fe-B/MgO/Ta structures2021

    • 著者名/発表者名
      T. V. A. Nguyen, S. DuttaGupta, Y. Saito, K. V. De Zoysa, S. Fukami, S. Ikeda, T. Endoh and Y. Endo
    • 学会等名
      InterMag 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Dynamics of synthetic antiferromagnetic skyrmion from current-induced deterministic motion to thermally-activated diffusive motion2021

    • 著者名/発表者名
      T. Dohi, S. DuttaGupta, F. Kammerbauer, N. Kerber, B. Seng, Y. Ge, K. Raab, R. Gruber, M. Brems, J. Rothorl, P. Virnau, S. Fukami, M. Klaui and H. Ohno
    • 学会等名
      InterMag 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Investigation of spin-orbit torque induced magnetization switching in Ta-O/Co-Fe-B heterostructures2021

    • 著者名/発表者名
      T. V. A. Nguyen, S. DuttaGupta, Y. Saito, K. V. De Zoysa, S. Fukami, S. Ikeda, T. Endoh and Y. Endo
    • 学会等名
      The 68th JSAP Spring Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Modification of topological Hall effect with Co-doping in the uniaxial van der Waals ferromagnet (CoxFe1-x)3GeTe22021

    • 著者名/発表者名
      R. Roy Chowdhury, S. DuttaGupta, C. Patra, S. Sharma, S. Fukami, H. Ohno and R. P. Singh
    • 学会等名
      6th International Conference on Nanoscience and Nanotechnology
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Spin-orbit torque in naturally oxidized Ta-O/Co-Fe-B/MgO/Ta structures2021

    • 著者名/発表者名
      T. V. A. Nguyen, S. DuttaGupta, Y. Saito, K. V. De Zoysa, S. Fukami, S. Ikeda, T. Endoh and Y. Endo
    • 学会等名
      Intermag 2021 (virtual conference)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamics of synthetic antiferromagnetic skyrmion from current-induced deterministic motion to thermally-activated diffusive motion2021

    • 著者名/発表者名
      T. Dohi, S. DuttaGupta, F. Kammerbauer, N. Kerber, B. Seng, Y. Ge, K. Raab, R. Gruber, M. Brems, J. Rothorl, P. Virnau, S. Fukami, M. Klaui and H. Ohno
    • 学会等名
      Intermag 2021 (virtual conference)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of spin-orbit torque induced magnetization switching in Ta-O/Co-Fe-B heterostructures2021

    • 著者名/発表者名
      T. V. A. Nguyen, S. DuttaGupta, Y. Saito, K. V. De Zoysa, S. Fukami, S. Ikeda, T. Endoh and Y. Endo
    • 学会等名
      The 68th JSAP Spring Meeting (virtual conference)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Modification of topological Hall effect with Co-doping in the uniaxial van der Waals ferromagnet (CoxFe1-x)3GeTe22021

    • 著者名/発表者名
      R. Roy Chowdhury, S. DuttaGupta, C. Patra, S. Sharma, S. Fukami, H. Ohno and R. P. Singh
    • 学会等名
      6th International Conference on Nanoscience and Nanotechnology (virtual conference)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Metallic Antiferromagnetic Spintronics2020

    • 著者名/発表者名
      Samik DuttaGupta
    • 学会等名
      Condensed Matter Physics Webinar (virtual conference)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Antiferromagnetic Spintronics2020

    • 著者名/発表者名
      Samik DuttaGupta, Shunsuke Fukami, Hideo Ohno
    • 学会等名
      1st International Workshop on Spintronics (SpinWork 2020) (virtual conference)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spintronics with metallic antiferromagnets2020

    • 著者名/発表者名
      Samik DuttaGupta, Shunsuke Fukami, Hideo Ohno
    • 学会等名
      Advanced Materials and Characterization (virtual conference)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation and current-driven motion of synthetic antiferromagnetic skyrmion2020

    • 著者名/発表者名
      T. Dohi, S. DuttaGupta, S. Fukami and H. Ohno
    • 学会等名
      Online Meeting of Spintronics Research Network of Japan (Spin-RNJ) for Young Researchers
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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