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2015 年度 実績報告書

スキルミオンダイナミクスの理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 14J10547
研究機関東京大学

研究代表者

岩崎 惇一  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
キーワード磁気スキルミオン / 磁壁 / スピントロニクス
研究実績の概要

まず,スキルミオンを情報ビットとして用いたデータデバイスを,微視的なシミュレーションを行うことにより理論的に作成した.ローカルな熱,磁場,電場,そして電流により,スキルミオンの生成・消滅がコントロールできる.これは情報の書き込み・消去に対応しているが,この書き込み・消去は,ナノ秒からピコ秒という超高速の動作が可能であることが判明した.また,昨年度の研究で明らかとなった「スキルミオンに働く巨大スピントランスファートルク」を応用して,スキルミオンによるレーストラックメモリーを設計した.以上の発見は,(i)超高密度,(ii)不揮発性,(iii)超低消費電力,という優れた特徴を持つスキルミオンデバイスの実現に向けた大きな前進といえる.
そして,スキルミオンのダイナミクスだけではなく,磁壁のダイナミクスについても考察した.ここで考えたのは,磁壁の中の磁壁とも呼ばれるブロッホラインが密に多数入った磁壁であり),特に,電流で駆動した運動について,磁場駆動の運動と比較しながら調べた.この研究により,ブロッホラインの運動が,電流密度と速度の関係式を従来のものから大きく変えることが明らかとなった.具体的には,ピン止めが存在しない場合,従来の関係式では速度がGilbert緩和項の係数αと非断熱効果の係数βの比に比例していたのに対し,ブロッホラインの存在下では,αやβの値に依らないユニバーサルな関係式が得られることがわかった.これは,スキルミオンにおける関係式と同じ振る舞いである.さらに注目すべきは,ピン止めが存在する場合の駆動電流密度の閾値であり,閾値が小さいことで有名なスキルミオンの場合よりもさらにα倍小さいことが判明した.この研究は,長い歴史を持つ磁壁を用いたデバイス設計に対して全く新しい指針を与えるものであり,今後の実験研究を刺激する結果であると考えている.

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

ブロッホラインの多数入った磁壁の電流駆動ダイナミクスでは,駆動電流密度閾値の小ささで知られる磁気スキルミオンと比べてもなお3桁程度小さい駆動電流密度閾値が実現するという,画期的な研究成果を挙げた.さらに,今まで行っていた磁気スキルミオンの研究で得られた知見をもとにデータデバイスの理論設計を行い,磁気スキルミオンの分野が応用に近づいた.以上のように,当初の計画以上に進展していると考える.

今後の研究の推進方策

スキルミオン結晶を電流で駆動した際に,ブラッグスポットが非自明な変化をすることがシミュレーションで見られている.これを解析的な計算で導出し,さらに実験家と協力して観測する.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Current-Driven Motion of Magnetic Domain Wall with Many Bloch Lines2015

    • 著者名/発表者名
      J. Iwasaki and N. Nagaosa
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 84 ページ: 083701-1-3

    • DOI

      10.7566/JPSJ.84.083701

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Large anisotropic deformation of skyrmions in strained crystal2015

    • 著者名/発表者名
      K. Shibata, J. Iwasaki, N. Kanazawa, S. Aizawa, T. Tanigaki, M. Shirai, T. Nakajima, M. Kubota, M. Kawasaki, H. S. Park, D. Shindo, N. Nagaosa, and Y. Tokura
    • 雑誌名

      Nature Nanotech.

      巻: 10 ページ: 589-592

    • DOI

      10.1038/nnano.2015.113

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Memory functions of magnetic skyrmions2015

    • 著者名/発表者名
      W. Koshibae, Y. Kaneko, J. Iwasaki, M. Kawasaki, Y. Tokura, and N. Nagaosa
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 54 ページ: 053001-1-8

    • DOI

      10.7567/JJAP.54.053001

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Asymmetric Wave Propagation in Skyrmion String in Chiral Magnets2016

    • 著者名/発表者名
      J. Iwasaki, C. Schutte, and N. Nagaosa
    • 学会等名
      JPS Annual Meeting 2016
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Current-Driven Motion of Magnetic Domain Wall with Many Bloch Lines2015

    • 著者名/発表者名
      J. Iwasaki and N. Nagaosa
    • 学会等名
      JPS Autumn Meeting 2015
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [学会発表] Asymmetric Wave Propagation in Skyrmion String in Chiral Magnets2015

    • 著者名/発表者名
      J. Iwasaki, C. Schutte, and N. Nagaosa
    • 学会等名
      ICM 2015
    • 発表場所
      Barcelona, Spain
    • 年月日
      2015-07-05 – 2015-07-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Asymmetric Wave Propagation in Skyrmion String in Chiral Magnets2015

    • 著者名/発表者名
      J. Iwasaki, C. Schutte, and N. Nagaosa
    • 学会等名
      Workshop on "Topological Magnets"
    • 発表場所
      理化学研究所(埼玉県和光市)
    • 年月日
      2015-05-25 – 2015-05-27
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamics of Magnetic Skyrmions in Chiral Magnets2015

    • 著者名/発表者名
      J. Iwasaki
    • 学会等名
      EMN Phuket 2015
    • 発表場所
      Phuket, Thailand
    • 年月日
      2015-05-04 – 2015-05-07
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2016-12-27  

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