研究課題/領域番号 |
22K14558
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研究種目 |
若手研究
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配分区分 | 基金 |
審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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研究機関 | 東北大学 |
研究代表者 |
竹内 祐太朗 東北大学, 材料科学高等研究所, 特任助教 (10882136)
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研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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キーワード | スピントロニクス / 反強磁性体 / フラストレーション / スピントルク / スピン軌道トルク / スピンゆらぎ / ノンコリニア |
研究開始時の研究の概要 |
近年スピントロニクスの分野で磁化がゼロの反強磁性体が注目を集めている。特にノンコリ ニア反強磁性体は特異な量子効果や電流応答などにより研究が活性化している。本研究ではこれまでの成果を基礎に当領域に新たな展開をもたらすべく、ナノスケール微細構造で現れる物性と機能性に着目する。ナノスケールで顕著になるスピントルク・スピンゆらぎの効 果を解明し、それを利用した従来にない新機能スピントロニクス素子の原理実証を行う。こ れは超高速・低消費電力な情報・通信・エネルギーデバイス実現の新基盤となる。
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研究実績の概要 |
本研究遂行にあたり必須となるナノスケールノンコリニア反強磁性微細素子の作製手法を確立し、異常ホール効果をはじめとするその量子効果を観測することができた。作製した素子において、スピンゆらぎの指標である熱安定性の素子サイズ依存性を調べて、その熱安定性が一斉反転モデルと核生成反転モデルによって説明できることが示された。本研究を通して、反強磁性体におけるスピンゆらぎおよび熱活性反転の科学的知見が得られた。 ノンコリニア反強磁性体/重金属のヘテロ構造においてスピン軌道トルクを作用させたときのその磁気構造のダイナミクスを調べた。その結果、ノンコリニア反強磁性体の磁気状態を表す磁気八極子が従来の強磁性体の磁気モーメントとは異なるスピンダイナミクスを示すことがわかった。加えて、ノンコリニア反強磁性体/重金属の基本波および高調波ホール測定を行うことで、ノンコリニア反強磁性体薄膜の磁気異方性やそれに作用するスピン軌道トルクの定量的な評価が実現された。また、ノンコリニア反強磁性体エピタキシャル薄膜においてその異常ホール効果と磁気異方性の膜厚依存性を調べた。ノンコリニア反強磁性体の2回対称の磁気異方性は膜厚の減少とともに増加し、その増加が格子ひずみによるものであることがわかった。本研究によって、ノンコリニア反強磁性体のスピントルクによる特異なダイナミクスが明らかになるとともに、その高効率な電気的制御のためのデバイス特性評価手法が確立された。
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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
本研究課題における必須事項であったノンコリニア反強磁性体のナノスケール微細素子の作製手法が遂行1年目にして確立し、さらにその熱安定性を明らかにすることができた。また、測定可能な試料数の増加やウェハ内ばらつきの抑制もある程度可能になり、測定手法も最適化したことでシステマティックな研究が可能になっており、計画が順調に進んでいると思われる。
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今後の研究の推進方策 |
今後は作製したナノスケールノンコリニア反強磁性体にスピントルクを作用し、ナノスケール微細構造で現れる物性と機能性の探求を目指す。電気測定系についてはすでに構築されており、より系統的な実験結果が見込まれている。
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