電界による界面反強磁性スピン反転

• 研究課題/領域番号: 25706007
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: ナノ材料工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 白土 優 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70379121)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円); 2015年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2014年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円); 2013年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
• キーワード: 反強磁性体 / 電界 / Cr2O3 / スピントロニクス / 界面 / スピン / 反強磁性 / 電気磁気効果 / 垂直交換磁気異方性 / 薄膜 / 磁性 / 磁性材料 / 磁性メモリ / 表面・界面

研究成果の概要

低消費電力・高速スピントロニクスデバイスへの応用を目指して、強磁性層／電気磁気反強磁性（Cr2O3)層積層膜における、電界誘起界面スピン制御について検討した。主な成果として、これまでバルク（鉱物）でのみ観測されてきたCr2O3の電気磁気効果を、全薄膜系にも適用可能とすることが出来、さらに、界面Crスピンと交換結合した強磁性スピンを反転出来ることを示した。
これらの成果は、Applied Physics Lettersを始め、当該分野の一流学術雑誌に掲載されており、また、日本金属学会第12回村上奨励賞等として、国内外で評価されている。

研究成果

• [雑誌論文] Perpendicular exchange bias and it magneto-electric control using Cr2O3(0001) thin film (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi and Ryoichi Nakatani
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: 57
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetoelectric switching of perpendicular exchange bias in Pt/Co/α-Cr2O3/Pt stacked films (2015)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Toyoki, Yu Shiratsuchi, Atsushi Kobane, Chiharu Mitsumata, Yoshinori Kotani, Tetsuya Nakamura, and Ryoichi Nakatani
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 106 号: 16
  • DOI: 10.1063/1.4918940
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct observations of ferromagnetic and antiferromagnetic domains in Pt/Co/Cr2O3/Pt perpendicular exchange biased film (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi, Yoshinori Kotani, Saori Yoshida, Yasunori Yoshikawa, Kentaro Toyoki, Atsushi Kobane, Ryoichi Nakatani, and Tetsuya Nakamura
  • 雑誌名: AIMS Materials Science 巻: 2 号: 4 ページ: 484-496
  • DOI: 10.3934/matersci.2015.4.484
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Switching of perpendicular exchange bias in Pt/Co/Pt/α-Cr2O3/Pt layered structure using magneto-electric effect (2015)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Toyoki, Yu Shiratsuchi, Atsushi Kobane, Shotaro Harimoto, Satoshi Onoue, Hikaru Nomura and Ryoichi Nakatani
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 117 号: 17
  • DOI: 10.1063/1.4906322
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Equillibrium surface magnetization of α-Cr2O3 studied through interfacial chromium magnetization in Co/α-Cr2O3 layered streucture (2014)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Toyoki, Yu Shiratsuchi, Tetsuya Nakamura, Chiharu Mitsumata, Shotaro Harimoto, Yuichiro Takechi, Takashi Nishimura, Hikaru Nomura and Ryoichi Nakatani
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 7 号: 11 ページ: 114201-114201
  • DOI: 10.7567/apex.7.114201
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetic domain wall energy in Ni/Co superlattice (2014)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Toyoki, Takashi Nishimura, Shotaro Harimoto, Yu Shiratsuchi and Ryoichi Nakatani
  • 雑誌名: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 372 ページ: 41-46
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2014.07.046
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-temperatur regeneration of perpendicular exchange bias in a Pt/Co/Pt/a-Cr2O3/Pt thin film system (2013)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi, Kentaro Toyoki, Yuuta Nakano, Satoshi Onoue, Yuichiro Takechi, Chiharu Mitsumata and Ryoichi Nakatani
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 6 号: 12 ページ: 123004-123004
  • DOI: 10.7567/apex.6.123004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ni/Co垂直磁化膜の磁壁エネルギー (2013)
  • 著者名/発表者名: 豊木研太郎，白土 優，中谷亮一
  • 雑誌名: ICICE Technical Report 巻: 113 ページ: 17-22
• [学会発表] Dynamical switching of perpendicular exchnage bias (tentative) (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi
  • 学会等名: The 27th Magnetic Recording Conference
  • 発表場所: スタンフォード（米国）
  • 年月日: 2016-08-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interfacial spin reversal based on magnetoelectric effect in Pt/Co/Cr2O3/Pt films (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Nakatani, Yu Shiratsuchi
  • 学会等名: 9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府、京都市）
  • 年月日: 2016-08-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Observation of ferromagnetic and antiferromagnetic domains in perpendicular exchange-biased system using Cr2O3 thin film (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi, Yoshinori Kotani, Saori Yoshida, Yasunori Yoshikawa, Kentaro Toyoki, Atsushi Kobane, Ryoichi Nanakatani and Tetsuya Nakamura
  • 学会等名: 9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府、京都市）
  • 年月日: 2016-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] 電気磁気効果によるCo/Cr2O3界面の垂直交換磁気異方性反転とそのダイナミクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 白土優
  • 学会等名: 日本磁気学会第208回研究会
  • 発表場所: 中央大学（東京都、千代田区）
  • 年月日: 2016-06-09
  • 招待講演
• [学会発表] Magneto-electric switching of interfacial spins toward magnetic recording/memory (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi
  • 学会等名: International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials
  • 発表場所: グラーツ（オーストリア）
  • 年月日: 2016-05-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 集光軟X線ナノビームを用いたPt/Co/Spacer/Cr2O3/Pt薄膜の磁化過程観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 白土 優，吉田沙織，中谷亮一，小谷佳載，豊木研太郎，中村哲也，三俣千春
  • 学会等名: 日本金属学会2016年春期（第158回）大会
  • 発表場所: 東京理科大学（東京都、葛飾区）
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] 電気磁気効果によるスピントロニクス材料Cr2O3/Coの界面スピン制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 白土優
  • 学会等名: 第1回SPring-8先端利用技術ワークショップ
  • 発表場所: グランパークプラザ（東京都、港区）
  • 年月日: 2016-03-11
  • 招待講演
• [学会発表] Electric-field induced switching of antiferromagnetic spins (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi
  • 学会等名: BIT’s 2nd Annual world congress of smart materials-2016
  • 発表場所: シンガポール（シンガポール）
  • 年月日: 2016-03-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Direct observation of ferromagnetic and antiferromagnetic domains in perpendicular exchange biased system (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi, Yoshinori Kotani, Saori Yoshida, Yasunori Yoshikawa, Ryoichi Nakatani and Tetsuya Nakamura
  • 学会等名: 2016 MMM-INTERMAG Joint conference
  • 発表場所: サンディエゴ（米国）
  • 年月日: 2016-01-11
  • 国際学会
• [学会発表] Polarity reversal of perpendicular exchange bias using magnetoelectric effect of Cr2O3 thin film (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi, Kentaro Toyoki, Saori Yoshida, Atsushi Kobane and Ryoichi Nakatani
  • 学会等名: 25th Annual meeting of MRS-J (2015)
  • 発表場所: 横浜情報文化センター（神奈川県、横浜市）
  • 年月日: 2015-12-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 電気磁気効果に基づく垂直交換磁気異方性の電界誘起方位反転 (2015)
  • 著者名/発表者名: 白土優
  • 学会等名: 第3回エレクトロニクス薄膜研究会
  • 発表場所: 九州大学（福岡県、福岡市）
  • 年月日: 2015-09-18
  • 招待講演
• [学会発表] 電気磁気効果を示す反強磁性Cr2O3薄膜による垂直交換磁気異方性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 白土優
  • 学会等名: 日本金属学会2015年秋期講演大会
  • 発表場所: 九州大学（福岡県、福岡市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 軟X線ナノビームを用いたXMCD測定に基づくPt/Co/Cr2O3垂直磁化膜の磁区構造観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉田沙織，豊木研太郎，小羽根淳志，白土 優，中谷亮一，小谷佳載，中村哲也
  • 学会等名: 日本金属学会2015年秋期講演大会
  • 発表場所: 九州大学（福岡県、福岡市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] スピントロニクスデバイスを基盤としたナノ計測技術の開発と物質・材料研究への展開 (2015)
  • 著者名/発表者名: 白土優，加藤剛志，鈴木義茂，三輪真嗣，野崎隆行，荒河一渡
  • 学会等名: SPring-8シンポジウム2016
  • 発表場所: 九州大学（福岡県、福岡市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Switching od perpendicular exchange bias using magneto-electric effect of Cr2O3 (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi
  • 学会等名: The 1st ImPACT International Symposium on Spintronic Memory
  • 発表場所: 東京国際交流会館（東京都、江東区）
  • 年月日: 2015-06-21
  • 国際学会
• [学会発表] Pt/Co/α-Cr2O3積層膜における垂直交換磁気異方性のα-Cr2O3層の結晶構造による検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 白土 優，中野佑太，武智雄一郎，井波暢人，上野哲郎，小野寛太，佐賀山遼子，熊井玲児，中村哲也，三俣千春，中谷亮一
  • 学会等名: 日本金属学会2015年春期講演大会
  • 発表場所: 東京大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] 軟X線MCDによる電界応答反強磁性体／強磁性体界面スピン検出とイメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: 白土 優
  • 学会等名: SPring-8ユーザー共同体（SPRUC）先端機能磁性材料研究会
  • 発表場所: キャンパスイノベーションセンター東京（東京都港区）
  • 年月日: 2015-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] Pt/Co/α-Cr2O3積層膜における交換磁気異方性のパルス電圧による等温反転 (2015)
  • 著者名/発表者名: 白土 優，豊木研太郎，小羽根敦志，三俣千春，中谷亮一
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 異なる交換磁気異方性エネルギーを有するPt/Co/α-Cr2O3積層膜におけるα-Cr2O3層の結晶構造評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 白土 優，中野佑太，井波暢人，上野哲郎，小野寛太，佐賀山遼子，熊井玲児，中村哲也，三俣千春，中谷亮一
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 慶應義塾大学（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] Magneto-electric switching of perpendicular exchange bias in Pt/Co/Cr2O3/Pt stacked films (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi
  • 学会等名: 10th International Symposium on Medical, Bio- and Nano-Electronics
  • 発表場所: 東北大学電気通信研究所（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-03-02 – 2015-03-03
  • 招待講演
• [学会発表] ナノスケール磁気機能解明のための軟X線走査型顕微鏡の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小谷佳範，尾上 聡，中野佑太，白土 優，中村哲也
  • 学会等名: 第28回日本放射光学会年会
  • 発表場所: 立命館大学（滋賀県草津市）
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-12
• [学会発表] Switching of perpendicular exchange bias in Pt/Co/Pt/α-Cr2O3 thin film system by magneto-electric effect (2014)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Toyoki, Yu Shiratsuchi, Shotaro Harimoto, Satoshi Onoue, Hikaru Nomura, and Ryoichi Nakatan
  • 学会等名: 59th Annual Magnetism & Magnetic Materials Conference
  • 発表場所: Hilton Hawaian Vilage（ホノルル、ハワイ州、米国）
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-07
• [学会発表] 反強磁性α-Cr2O3(0001)薄膜による垂直交換バイアスに対する電気磁気効果と界面Pt層の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 白土 優, 豊木研太郎，中村哲也，鈴木基寛，播本祥太郎，尾上 聡，野村 光，三俣千春, 中谷亮一
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 12.スピントロニクスデバイスを基軸としたナノ磁気計測技術の開発と物質・材料研究への展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 白土 優
  • 学会等名: SPring-8シンポジウム2014
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-09-13 – 2014-09-14
• [学会発表] Behavior and control of interfacial uncompensated antiferromagnetic spins in Pt/Co/α-Cr2O3 perpendicular exchange-biased system (2014)
  • 著者名/発表者名: 白土 優
  • 学会等名: 日本磁気学会第59回ナノマグネティクス専門研究会
  • 発表場所: 中央大学（東京都千代田区）
  • 年月日: 2014-06-19
  • 招待講演
• [学会発表] Pt/Co/Pt/α-Cr2O3/Pt薄膜における垂直交換磁気異方性の高温再発現 (2014)
  • 著者名/発表者名: 白土 優，武智雄一郎，豊木研太郎，中野佑太，尾上 聡，三俣千春，中谷亮一
  • 学会等名: 2014年第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学、相模原、神奈川
• [学会発表] 表面磁化反強磁性α-Cr2O3(0001)薄膜による垂直交換磁気異方性の特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 尾上 聡，白土 優，武智雄一郎，西村隆志，若津康平，中村哲也，三俣千春，中谷亮一
  • 学会等名: 2014年第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学、相模原、神奈川
• [学会発表] Pt/Co/α-Cr2O3/α-V2O3エピタキシャル薄膜における垂直交換磁気異方性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉田沙織，白土 優，尾上 聡，播本祥太郎，中谷亮一
  • 学会等名: 2014年第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学、相模原、神奈川
• [学会発表] 反強磁性α-Cr2O3によって誘起される垂直交換磁気異方性とα-Cr2O3層の結晶性の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 白土優
  • 学会等名: 微細構造解析プラットフォーム2013年度第2回ワークショップ
  • 発表場所: 物質・材料研究機構、つくば、茨城
  • 招待講演
• [学会発表] Antiferromagnet material for low-power consumption magnetic recording devices (2013)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi
  • 学会等名: International Congress on Processing & Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC’2013)
  • 発表場所: Rio Hotel, Las Vegas, Nevada, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Enhancement of perpendicular exchange bias in Pt/Co/α-Cr2O3 thin film system by controlling crystalline quality of a-Cr2O3 layer (2013)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi, Yuichiro Takechi, Yuuta Nakano, Satoshi Onoue and Ryoichi Nakatani
  • 学会等名: 58th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Hilton Denver Downtown Hotel, Denver, Colorado, USA
• [学会発表] Determination of optical constants of α-Cr2O3 thin film using magneto-optic Kerr spectrum (2013)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Toyoki, Yu Shiratsuchi, Takeshi Kato, Satoshi Iwata and Ryoichi Nakatani
  • 学会等名: 2013 Japan-Taiwan Symposium on Polyscale Technologies for Biomedial Engineering and Environmental Sciences (PT-BMES 2013)
  • 発表場所: 東京理科大学、長万部、北海道
• [学会発表] Unique exchange bias induced by antiferromagnetic Cr oxide (2013)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi
  • 学会等名: The 8th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM8)
  • 発表場所: Hilton Waikoloa Vilage, Waikoloa, Hawaii, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Switchable exchange bias for the future spinelectronics devices (2013)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi
  • 学会等名: Cooperative Conference on Materials Research (CCMR2013)
  • 発表場所: Ramada Hotel, 済州、韓国
  • 招待講演
• [学会発表] Switchable perpendicular exchange bias using antiferromagnetic α-Cr2O3 thin film (2013)
  • 著者名/発表者名: Yu Shiratsuchi
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Metallic Multilayer (MML2013)
  • 発表場所: 京都リサーチパーク、京都市、京都
  • 招待講演
• [学会発表] 反強磁性α-Cr2O3(0001)薄膜を用いた垂直交換磁気異方性の発現と制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 白土優
  • 学会等名: 公益財団法人新世代研究所 第1回界面ナノ科学研究会
  • 発表場所: ATI研究所、千代田区、東京
  • 招待講演
• [学会発表] Pt/Co/α-Cr2O3垂直交換磁気異方性薄膜の軟X線MCDによる界面非補償反強磁性スピンの評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 白土優
  • 学会等名: 東京大学物性研究所短期研究会
  • 発表場所: 東京大学物性研究所、柏、千葉
  • 招待講演
• [学会発表] 反強磁性Cr2O3薄膜を用いた垂直交換バイアスとその機能性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 白土優
  • 学会等名: 電気学会ナノスケール委員会，ナノスケール磁性体の新機能性の応用調査専門委員会
  • 発表場所: サニー貸会議室、千代田区、東京
  • 招待講演
• [学会発表] Ni/Co垂直磁化膜の磁壁エネルギー (2013)
  • 著者名/発表者名: 豊木研太郎，白土 優，中谷亮一
  • 学会等名: 電気情報通信学会MR研究会
  • 発表場所: 福岡交通センタービル、博多、福岡
• [学会発表] 磁気光学Kerrスペクトルによるα-Cr2O3薄膜の光学定数の決定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 豊木研太郎，白土 優，加藤剛志，岩田 聡，中谷亮一
  • 学会等名: 第37回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学、札幌、北海道
• [学会発表] Pt/Co/Pt/Cr2O3/Pt薄膜の垂直交換バイアスの温度依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 白土 優，豊木研太郎，武智雄一郎，中野佑太，尾上 聡，三俣千春，中谷亮一
  • 学会等名: 第37回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学、札幌、北海道
• [学会発表] Pt/Co/Pt/Cr2O3/Pt薄膜の垂直交換バイアスに対するCo/ Cr2O3界面Pt超薄膜の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 白土 優，豊木研太郎，中野佑太，尾上 聡，武智雄一郎，中谷亮一
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学、京田辺、京都
• [図書] 磁気便覧 (2015)
  • 著者名/発表者名: 白土 優（分担執筆）
  • 総ページ数: 888
  • 出版者: 丸善
• [備考] 大阪大学大学院工学研究科マテリアル生産科学専攻 中谷研究室ホームページ
  • URL: http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/mse2/MSE2-HomeJ.htm