磁性ヘテロ接合の巨大なスピン軌道相互作用現象の解明と革新的な磁化制御技術の確立

• 研究課題/領域番号: 25706017
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 林 将光 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性材料ユニット, 主任研究員 (70517854)
• 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: 24,830千円 (直接経費: 19,100千円、間接経費: 5,730千円); 2015年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2014年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2013年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円)
• キーワード: スピントロニクス / スピン軌道相互作用 / ヘテロ構造 / スピン流 / スピンエレクトロニクス

研究成果の概要

スピンホール磁気抵抗効果を利用し、5d遷移金属のスピンホール角の大きさを調べた結果、スピンホール角は5d遷移金属の構造に大きく依存し、多くの材料でアモルファス構造が大きな値をもつことがわかった。また、スピンホール磁気抵抗の温度依存性からスピンホール角を正確に決めるためには、強磁性金属層への縦スピン吸収を考慮しなければならないことを明らかにした。さらに、電流誘起有効磁場のベクトル分解測定とその温度依存性から、非磁性/強磁性界面におけるスピンミキシングコンダクタンスが特異な値を持つことがわかった。さらにこの界面では、物質の組み合わせによってジャロシンスキー守谷相互作用を制御できることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Spin Hall magnetoresistance in metallic bilayers (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Kim, P. Sheng, S. Takahashi, S. Mitani and M. Hayashi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 116 号: 9 ページ: 097201-097201
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.097201
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influence of boron diffusion on the perpendicular magnetic anisotropy in Ta/CoFeB/MgO ultrathin films (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Sinha, M. Gruber, M. Kodzuka, T. Ohkubo, S Mitani, K. Hono and M. Hayashi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 117 号: 4 ページ: 043913-043913
  • DOI: 10.1063/1.4906096
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Current-driven asymmetric magnetization switching in perpendicularly magnetized CoFeB/MgO heterostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Torrejon, F. Garcia-Sanchez, T. Taniguchi, J. Sinha, S. Mitani, J-V. Kim and M. Hayashi
  • 雑誌名: Physcial Review B 巻: 91 号: 21 ページ: 214434-214434
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.214434
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Correlation between the spin Hall angle and the structural phases of early 5d transition metals (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Liu, T. Ohkubo, S. Mitani, K. Hono and M. Hayashi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 号: 23 ページ: 232408-232408
  • DOI: 10.1063/1.4937452
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantitative characterization of the spin-orbit torque using harmonic Hall voltage measurements (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hayashi, J. Kim, M. Yamanouchi, H. Ohno
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 号: 14 ページ: 144425-144425
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.144425
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Anomalous temperature dependence of current induced torques in magnetic heterostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Kim, J. Sinha, S. Mitani, M Hayashi, S. Takahashi, S. Maekawa, M. Yamanouchi, and H. Ohno
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 89 号: 17 ページ: 174424-174424
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.174424
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Interface control of the magnetic chirality in CoFeB|MgO heterosctructures with heavy metal underlayers (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Torrejon, J. Kim, J. Sinha, S. Mitani, M. Hayashi, M. Yamanouchi, H. Ohno
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1 ページ: 4655-4655
  • DOI: 10.1038/ncomms5655
  • 査読あり
• [学会発表] Electrically and thermally generated spin current in heavy metals (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hayashi
  • 学会等名: 13th RIEC International Workshop on Spintronics
  • 発表場所: 東北大学、仙台市
  • 年月日: 2015-11-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 薄膜へテロ構造におけるスピン軌道効果と電流駆動磁気デバイス (2015)
  • 著者名/発表者名: 林 将光
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場、名古屋市
  • 年月日: 2015-09-03
  • 招待講演
• [学会発表] Control of spin current and magnetism in magnetic heterostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hayashi
  • 学会等名: International Center for Nano-Systems (ICNS) Opening Workshop
  • 発表場所: Cambridge, UK
  • 年月日: 2015-07-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin Hall effect and chiral magnetism in metallic heterostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hayashi
  • 学会等名: International Conference on Magnetism (ICM)
  • 発表場所: Palau de Congressos de Catalunya, Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin orbit torques and chiral magnetism in ultrathin magnetic heterostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hayashi
  • 学会等名: 59th Annual Magnetism & Magnetic Materials Conference (MMM)
  • 発表場所: Hawaii
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-07
  • 招待講演
• [学会発表] Spin orbit torques in magnetic heterostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hayashi
  • 学会等名: IUMRS-ICA
  • 発表場所: 福岡大学
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-30
  • 招待講演
• [学会発表] pin orbit torques and chiral magnetic texture in magnetic heterostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hayashi
  • 学会等名: SPIE Spintronics VII
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2014-08-17 – 2014-08-21
  • 招待講演
• [学会発表] Spin orbit effects in ultrathin magnetic heterostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hayashi
  • 学会等名: 8th International Conference on Physics and Applications of Spin Phenomena in Solids (PASPS VIII)
  • 発表場所: Washington DC
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-07-31
  • 招待講演
• [学会発表] Current induced spin orbit torques and chiral magnetic texture in magnetic heterostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hayashi, J. Torrejon, J. Kim, J. Sinha, S. Mitani, S. Takahashi, S. Maekawa, M. Yamanouchi, H. Ohno
  • 学会等名: 12th RIEC International Workshop on Spintronics
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2014-06-25
  • 招待講演
• [学会発表] Control of domain wall chirality in ultrathin CoFeB/MgO heterostructures by using different heavy metal underlayers (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Torrejon, J. Kim, J. Sinha, S. Mitani, M. Hayashi, M. Yamanouchi, H. Ohno
  • 学会等名: Intermag
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2014-05-04 – 2014-05-08
• [学会発表] Temperature dependence of current induced spin-orbit torques (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Kim, J. Sinha, S. Mitani, M. Hayashi, S. Takahashi, S. Maekawa, M. Yamanouchi, H. Ohno
  • 学会等名: Intermag
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2014-05-04 – 2014-05-08
• [学会発表] 磁性ナノヘテロ構造におけるスピン軌道トルク (2014)
  • 著者名/発表者名: 林 将光
  • 学会等名: 応用物理学会春季講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Spin orbit torques and current induced domain wall motion in magnetic heterostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: Masamitsu Hayashi
  • 学会等名: Kavli Institute for Theoretical Physics, Concepts in Spintronics
  • 発表場所: UC Santa Barbara
  • 招待講演
• [学会発表] Spin orbit torques in Ta|CoFeB|MgO magnetic heterostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: Masamitsu Hayashi
  • 学会等名: The 58th Annual Magnetism and Magnetic Materials Conference
  • 発表場所: Sheraton Denver Downtown Hotel, Denver, CO
  • 招待講演
• [図書] "Spin Hall torque-driven chiral domain walls in magnetic heterostructures", Magnetic Nano- and Microwires: Design, Synthesis, Properties and Applications (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Torrejon and M. Hayashi
  • 総ページ数: 19
  • 出版者: Woodhead publishing
• [図書] 「界面ジャロシンスキー・守谷相互作用と旋回性磁区構造の発現機構 ‐スピンホールトルク駆動磁壁移動素子への展開‐」, まぐね (2015)
  • 著者名/発表者名: 林 将光
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 日本磁気学会
• [備考] 国立研究開発法人物質・材料研究機構磁性・スピントロニクス材料研究拠点ホームページ
  • URL: http://www.nims.go.jp/mmu/index_j.html
• [備考] 物質材料研究機構スピントロニクスグループホームページ
  • URL: http://www.nims.go.jp/mmu/spin/
• [備考] 物質・材料研究機構スピントロニクスグループホームページ
  • URL: http://www.nims.go.jp/apfim/spin/index.html