| 研究課題/領域番号 |
16K14228
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
PHAM NAM・HAI 東京工業大学, 工学院, 准教授 (50571717)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | トポロジカル絶縁体 / スピン軌道トルク / スピンホール効果 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、第3世代のスピン軌道トルク磁気抵抗メモリ(SOT-MRAM)の実現に向けて、高い電気伝導率および大きいなスピンホール角を両立できるトポロジカル絶縁体として、BiSb合金に着目し、そのスピン注入源としての性能評価を行う。
そのために、まず、去年にBiSbの高品質な結晶成長技術を開発し、その電気伝導率がMRAMに使われる磁性金属と同等な高い電気伝導率（σ～2.5x10^5 S/m程度）を有することを確認した。本年度に、BiSbのスピンホール効果を評価するために、まず、BiSb/垂直磁化膜のヘテロ接合の結晶成長を試みた。垂直磁化膜として、高い垂直磁気異方性を持つMnGaを選んだ。結晶成長条件を最適化し、BiSb(001)/MnGa薄膜ヘテロ接合の作製に成功した。磁化特性の測定、磁気円二色性の測定および異常ホール効果の測定を系統的に行い、六方晶のBiSb(001)薄膜の上に立方晶の高い垂直磁気異方性を示すMnGaの製膜に成功した。
次にMnGa(001)/BiSb(012)のヘテロ接合を作製し、BiSbのスピンホール効果およびMnGaに作用するスピン軌道トルクによる磁化反転を行った。その結果、常温において超強大なスピンホール効果（θsh～52）を観測し、さらに非常に低い電流密度(1.5 MA/cm^2)で3 nmのMnGa薄膜の磁化反転に成功した。この値は従来に使われた重金属/MnGaの磁化反転に必要な電流密度よりも30～100倍小さい。BiSbのスピンホール伝導率σsh～1.3x10^7 (hbar/2e)S/mに達し、Ptよりも30倍、Bi2Se3などの他のトポロジカル絶縁体よりも100倍大きい。BiSbをナノスケールのSOT-MRAMに適用する場合、STT-MRAMよりも書き込み電流を1桁、書き込みエネルギー2桁以上削減でき、書き込み速度も10倍速くできると分かった。
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| 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
世界最高性能のスピンホール効果の実現に成功し、すでに実用可能なレベルに達するため、学会（Nature Material）および産業界から高く評価され、実用化に向ける産学連携も行っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
企業と連帯し、BiSbトポロジカル絶縁体をスピン注入源とした実用的なSOT-MRAMの開発を行い、早期実用化を目指す。
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