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2017 年度 実績報告書

電界によるスピンダイナミクス制御と電界アシストスピン流磁化反転の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16H04328
研究機関名古屋大学

研究代表者

加藤 剛志  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50303665)

研究分担者 岩田 聡  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (60151742)
大島 大輝  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (60736528)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード電子・電気材料
研究実績の概要

本年度はCo/Pt系遷移金属/貴金属積層膜の上部にHfO2絶縁層とAl電極を作成した電圧アシストスピンホール磁化反転素子を作成し,電圧印加による磁気特性の変化および電圧印加時のスピンホール磁化反転を調べた.Co/Pt積層膜はCo層厚およびPt下地層厚を変化させ,膜構成の違いによる磁気特性の違いを調べた.その結果,Co層厚を薄く,Pt層厚を厚くすることで,垂直磁気異方性が増加する傾向が得られた.本研究で検討する電界アシストスピンホール磁化反転は垂直磁気異方性があまり大きくない膜の方が見やすい可能性がある.そこで,適度な垂直磁気異方性を示す膜として,Co(0.4 - 0.8 nm) / Pt (1.4 - 3.0 nm)を用いて実験を行った.Co超薄膜へAl電極を用いて,正,負の電界を印加することで,それぞれCo超薄膜の保磁力の上昇および減少を観測した.次に,Co/Pt積層膜にパルス幅10 usecの電流パルスを印加することでスピンホール磁化反転を観測した.面内電流密度3 x 10^7 A/cm2程度でスピンホール磁化反転が確認でき,その臨界電流は正,負の電界印加により,保磁力変化と同様,それぞれ若干増加,減少した.電界印加による保磁力変化はCo層厚0.4 nmで最も大きく,0.3 %/Vm程度の値となった.スピンホール磁化反転の臨界電流密度の変化率は保磁力の変化率と相関があり,保磁力変化が大きいものほど大きいという結果となった.一方,スピンホール磁化反転の臨界電流密度の変化率は,同一構成において,0.1 %/Vm以下と保磁力変化に比べて小さいことがわかった.この原因として,スピンホール磁化反転のパルス幅が10 usecと短いことが考えられ,今後パルス幅依存性も含め,検討していく必要があることが分かった.

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

前年度,電界印加用の絶縁層成膜用のスパッタチャンバの改造に伴う研究進捗の遅れが生じたが,本年度は電界アシストスピンホール効果の作成,電界印加による磁気特性の制御,電界アシストスピンホール磁化反転の観測と,前年度の遅れを取り戻し,おおむね順調に研究が進捗したと考えられる.

今後の研究の推進方策

本課題申請時に予想したように,本年度の検討から,スピンホール磁化反転の電界アシスト効果を観測した.スピンホール磁化反転の電界アシスト効果は電界による保磁力変化などの磁気特性の変化と相関があることが分かったが,磁気特性の変化率に対して,スピンホール効果の電界による変化率が小さいという結果が得られた.今後はこの理由を詳細に検討するとともに,電界印加によるDamping like torque,Field like torqueの検討,TRMOKE法を用いた電界印加下でのCo/Pt積層膜のスピンダイナミクス計測など,電界アシスト効果のメカニズムの解明と応用上重要となる素子設計指針を検討する.

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Ion Beam Bit Patterned Media Using MnGa Alloy Films (Invited)2018

    • 著者名/発表者名
      D. Oshima, T. Kato, S. Iwata
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Magn.

      巻: 54 ページ: 3200207-1-7

    • DOI

      10.1109/TMAG.2017.2733765

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-valve giant magneto-resistance film with magnetostrictive FeSiB amorphous layer and its application to strain sensors2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Hashimoto, N. Yamamoto, T. Kato, D. Oshima, S. Iwata
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 123 ページ: 113903-1-8

    • DOI

      10.1063/1.5018467

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin transfer torque switching in exchangecoupled amorphous GdFeCo/TbFe bilayers for thermally assisted MRAM application2017

    • 著者名/発表者名
      B. Dai, Y. Guo, J. Zhu, T. Kato, S. Iwata, S. Tsunashima, L. Yang, J. Han
    • 雑誌名

      J. Phys. D: Appl. Phys.

      巻: 50 ページ: 135005

    • DOI

      10.1088/1361-6463/aa5bca

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Compositional dependence of spin orbit torques in ferrimagnetic GdFeCo / Ta bilayers2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kawakami, D. Oshima, T. Kato, S. Iwata
    • 学会等名
      Magnetics and Optics Research International Symposium 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin transfer torque switching of Co/Pd-based multilayers with low Curie temperature2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kimura, X. Dong, D. Oshima, T. Kato, Y. Sonobe, Y. Kawato, S. Iwata
    • 学会等名
      Magnetics and Optics Research International Symposium 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] 垂直磁化Co膜における電界アシストスピンホール磁化反転2018

    • 著者名/発表者名
      周興, 大島大輝, 加藤剛志, 岩田聡
    • 学会等名
      IEEE Magnetics Society 名古屋支部若手研究会
  • [学会発表] 熱を利用した高機能スピンデバイス開発に向けて(招待講演)2017

    • 著者名/発表者名
      加藤剛志
    • 学会等名
      電気学会 第1回光・熱・磁気の相互作用を利用した新規スピンデバイス・ストレージ技術調査専門委員会
    • 招待講演
  • [学会発表] Ion Beam Bit Patterned Media Using MnGa Alloy Films (Invited)2017

    • 著者名/発表者名
      D. Oshima, T. Kato, S. Iwata
    • 学会等名
      The 28th Magnetic Recording Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] アモルファスGdFeCo膜におけるスピン軌道トルク2017

    • 著者名/発表者名
      川上圭祐,大島大輝,加藤剛志,岩田聡
    • 学会等名
      第41回日本磁気学会学術講演会
  • [学会発表] 低キュリー温度Co/Pd系多層膜を用いたスピン注入磁化反転2017

    • 著者名/発表者名
      木村匠,董夏菌,大島大輝,加藤剛志,園部義明,川戸良昭,岩田聡
    • 学会等名
      第41回日本磁気学会学術講演会
  • [学会発表] 垂直磁化Co超薄膜の電界アシストスピンホール磁化反転2017

    • 著者名/発表者名
      周興,大島大輝,加藤剛志,岩田聡
    • 学会等名
      第5回応用物理学会SC東海地区学術講演会
  • [学会発表] 電界印加によるCo超薄膜の磁気特性制御2017

    • 著者名/発表者名
      前田啓,田中龍馬,大島大輝,加藤剛志,岩田聡
    • 学会等名
      第5回応用物理学会SC東海地区学術講演会
  • [学会発表] Current induced magnetization switching of Co/Pd-based multilayers with low Curie temperature2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kimura, X. Dong, D. Oshima, T. Kato, Y. Sonobe, Y. Kawato, S. Iwata
    • 学会等名
      62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] Compositional Dependence of spin orbit torques in amorphous GdFeCo films2017

    • 著者名/発表者名
      K. Kawakami, D. Oshima, T. Kato, S. Iwata
    • 学会等名
      62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] SiN / GdFeCo / Ta膜におけるスピン軌道トルク2017

    • 著者名/発表者名
      川上圭祐,大島大輝,加藤剛志,岩田聡
    • 学会等名
      電気学会マグネティックス研究会
  • [産業財産権] 磁気抵抗素子及び磁気抵抗メモリ装置2017

    • 発明者名
      園部義明,町田顕,加藤剛志
    • 権利者名
      園部義明,町田顕,加藤剛志
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2017-226830

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公開日: 2018-12-17  

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