電界による磁壁駆動に関する研究

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05419
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小山 知弘 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60707537)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: スピントロニクス / 磁壁 / 電界制御

研究実績の概要

昨年度までに、電界による局所的な磁壁移動の観測、および電界効果を用いた無磁場磁壁導入、に成功している。最終年度である本年度は、100 m/sを超える高速磁壁移動の電界制御に世界で初めて成功した。これまで磁壁移動速度の電界制御は、主に熱活性的なクリープ領域において行われてきた。しかしクリープ速度は10^-3～10^-5 m/s程度と極めて遅く実用的ではない。代表者は磁壁の高速移動領域(フロー領域と呼ばれる)での電界制御を目指して実験セットアップの構築と測定を行った。
垂直磁気異方性を有するCo/Pt系材料をキャパシタ構造に加工した試料を用いた。フロー領域の速度は100 m/sを超えるため、一般的な電磁石ではダイナミクスを観測することが極めて困難である。そこで、代表者は0.2 T,150 nsのナノ秒パルス磁界を印加できるシステムを独自に開発した。これにより高速磁壁移動を直接観測することができる。±15 Vの電圧を加えながら磁壁速度を測定した結果、+15 Vを加えている場合に比べ、-15 Vを加えている状態では同じ磁界に対して磁壁がより速く移動していることがわかった。これは世界で初めての成果である。さらに詳細な測定を行った結果、原子レベルに薄い磁石が持つジャロシンスキー・守谷相互作用（DMI）の大きさが電圧により変化していることが、磁壁速度変化の起源であることを突き止めた。DMIの電圧変調により、高速な磁壁移動を制御できることを実証した点も世界初である。上記の結果は、Science Advances誌に掲載された。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Microscopic Investigation into the Electric Field Effect on Proximity-Induced Magnetism in Pt (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamada K.?T.、Suzuki M.、Pradipto A.-M.、Koyama T.、Kim S.、Kim K.-J.、Ono S.、Taniguchi T.、Mizuno H.、Ando F.、Oda K.、Kakizakai H.、Moriyama T.、Nakamura K.、Chiba D.、Ono T.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 120 ページ: 157203-1~3
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.157203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric-field-induced magnetic domain writing in a Co wire (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Yuki、Hirai Takamasa、Koyama Tomohiro、Chiba Daichi
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 ページ: 053005-1~4
  • DOI: 10.7567/APEX.11.053005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation of the Dzyaloshinskii?Moriya interaction with Heisenberg exchange and orbital asphericity (2018)
  • 著者名/発表者名: Kim Sanghoon、Ueda Kohei、Go Gyungchoon、Jang Peong-Hwa、Lee Kyung-Jin、Belabbes Abderrezak、Manchon Aurelien、Suzuki Motohiro、Kotani Yoshinori、Nakamura Tetsuya、Nakamura Kohji、Koyama Tomohiro、Chiba Daichi、Yamada Kihiro. T.、Kim Duck-Ho、Moriyama Takahiro、Kim Kab-Jin、Ono Teruo
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 1648-1~9
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04017-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric field effect on exchange interaction in ultrathin Co films with ionic liquids (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi Mio、Yamada Kihiro T.、Shiota Yoichi、Ando Fuyuki、Koyama Tomohiro、Kakizakai Haruka、Mizuno Hayato、Miwa Kazumoto、Ono Shimpei、Moriyama Takahiro、Chiba Daichi、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 ページ: 063002-1~3
  • DOI: 10.7567/APEX.11.063002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic origin of electric-field-induced modulation of Curie temperature in cobalt (2018)
  • 著者名/発表者名: Ando Fuyuki、Yamada Kihiro T.、Koyama Tomohiro、Ishibashi Mio、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Chiba Daichi、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 ページ: 073002-1~4
  • DOI: 10.7567/APEX.11.073002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric field effect on magnetism in a MgO/Pd/Co system with a solid-state capacitor structure (2018)
  • 著者名/発表者名: Obinata Aya、Hirai Takamasa、Kotani Yoshinori、Toyoki Kentaro、Nakamura Tetsuya、Koyama Tomohiro、Chiba Daichi
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 8 ページ: 115122-1~7
  • DOI: 10.1063/1.5039680
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic domain writing defined by electrical gating in Pt/Co film (2018)
  • 著者名/発表者名: Ando Fuyuki、Ishibashi Mio、Koyama Tomohiro、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Chiba Daichi、Ono Teruo
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 113 ページ: 252402-1~4
  • DOI: 10.1063/1.5078553
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric field control of magnetic domain wall motion via modulation of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction (2018)
  • 著者名/発表者名: Koyama Tomohiro、Nakatani Yoshinobu、Ieda Jun’ichi、Chiba Daichi
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 4 ページ: 0265-1~5
  • DOI: 10.1126/sciadv.aav0265
  • 査読あり
• [学会発表] 磁壁ダイナミクスの電界制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小山知弘
  • 学会等名: 東北大学電気通信研究所共同プロジェクト発表会
  • 招待講演
• [学会発表] Electric field effect on exchange interaction in ultra-thin Co films with ionic liquids (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Ishibashi, K. Yamada, Y. Shiota, F. Ando, T. Koyama, H. Kakizakai, H. Mizuno, K. Miwa, S. Ono, T. Moriyama, D. Chiba, T. Ono
  • 学会等名: International Conference on Magnetism(ICM2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic domain writing defined by electrical gating in Pt/Co film. (2018)
  • 著者名/発表者名: F. Ando, M. Ishibashi, T. Koyama, Y. Shiota, T. Moriyama, D. Chiba, T. Ono
  • 学会等名: International Conference on Magnetism(ICM2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic domain writing defined by electrical gating in pt/co film (2018)
  • 著者名/発表者名: F. Ando, M. Ishibashi, T. Koyama, Y. Shiota, T. Moriyama, D. Chiba, T. Ono
  • 学会等名: the 23rd International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces (ICMFS-2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Electric field control of proximity-induced magnetic moment in Pd with solid-state gating (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Obinata, T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 学会等名: 10th International School and Conference on Physics and Applications of Spin Phenomena in Solids (PASPS10)
  • 国際学会
• [学会発表] Electric field modulation of magnetic domain wall velocity in Pt/Co/Pd structure (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, Y. Nakatani, J. Ieda, D. Chiba
  • 学会等名: 9th Joint European Magnetic Symposia (JEMS) 2018
  • 国際学会
• [図書] 磁性材料・部品の最新開発事例と応用技術 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小山知弘
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 技術情報協会
  • ISBN: 978-4-86104-705-3
• [備考] 磁石の中を高速に伝播する”磁気の壁”の運動を電圧で制御することに成功
  • URL: https://www.t.u-tokyo.ac.jp/foe/press/setnws_201812251037471597902553.html