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2017 年度 実績報告書

反強磁性体スピンデバイスを目指したスピントルク磁化操作の確立

研究課題

研究課題/領域番号 17H04924
研究機関京都大学

研究代表者

森山 貴広  京都大学, 化学研究所, 准教授 (50643326)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードスピントロニクス / 反強磁性体 / スピン流
研究実績の概要

反強磁性体は、その性質から磁化方向を制御・検出することが一般的に困難であると考えられてきた。しかしながら、申請者が主導するものを含む最近の研究結果からスピン流と反強磁性体の磁化との相互作用(スピントルク効果)や反強磁性磁気抵抗効果などが実験的に解明されてきている。本研究は、これらの成果をさらに展開し、スピントルク効果による反強磁性体の磁化方向の制御、および磁気抵抗効果による磁化方向の電気的検出を主目的としている。本年度(平成29年度)は、大きなスピントルク効果を発現する材料系および薄膜構造の探索を行った。大きなスピンホール効果を有するPtやTa、Wなどの利用を検討し、反強磁性材料にはコリニア反強磁性を有するFeRh、NiO、Cr2O3や、ノンコリニアなFeMnやIrMnなどをスピントルク強磁性共鳴法により評価した。その結果、FeNi/FeMn/Pt三層膜において、反強磁性体FeMnのネールベクトルの方向に依存して変化する系のダンピング定数から、反強磁性磁化にスピントルク効果が働いていること、さらに同効果に角度依存性があることを実験的に明らかにした。本成果は、Physical Review Lettersに掲載された。これらの結果は、スピントルク効果による反強磁性体の磁化方向の制御を目指すうえで重要な知見である。さらに、スピントルク効果による反強磁性磁化の回転および磁気抵抗測定を行うため、デバイス構造を工夫し、マルチプレクサーを利用した制御・測定系をセットアップし、実験を行った。予備結果として、すでにスピントルク効果による磁化回転で抵抗が変化することを確認した。

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

当初平成30年度に予定していたスピントルク効果および磁気抵抗効果を利用した連続的な磁化操作・検出の実験について、すでに実施しており、上記に述べた予備的結果を得ており、研究計画が半年以上前倒しで実施されている。

今後の研究の推進方策

平成30年度は、今年度得られたFeNi/FeMn/Pt三層膜における結果などの知見を元に、スピントルク効果および磁気抵抗効果を利用した連続的な磁化操作・検出の実験を進める。強磁性体の場合と同様に、反強磁性体においてもスピントルク効果による磁化回転の過程で複数の磁区を形成することが予想される。スピントルク効果による磁化回転過程における動力学を明らかにし、反強磁性体デバイス設計の指針を得る。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 5件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] Univ. Grenoble Alpes/CNRS/INAC-CEA(France)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Univ. Grenoble Alpes/CNRS/INAC-CEA
  • [国際共同研究] The University of Texas at Austin/University of California, Los Angeles(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      The University of Texas at Austin/University of California, Los Angeles
  • [国際共同研究] KAUST(Saudi Arabia)

    • 国名
      サウジアラビア
    • 外国機関名
      KAUST
  • [雑誌論文] Antiferromagnetic spintronics2018

    • 著者名/発表者名
      Baltz V.、Manchon A.、Tsoi M.、Moriyama T.、Ono T.、Tserkovnyak Y.
    • 雑誌名

      Reviews of Modern Physics

      巻: 90 ページ: 015005

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/RevModPhys.90.015005

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spin torque in FeRh alloy measured by spin-torque ferromagnetic resonance2017

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Kensho、Moriyama Takahiro、Usami Takamasa、Taniyama Tomoyasu、Ono Teruo
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 11 ページ: 013008~013008

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/APEX.11.013008

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic Moment Orientation-Dependent Spin Dissipation in Antiferromagnets2017

    • 著者名/発表者名
      Moriyama Takahiro、Kamiya Michinari、Oda Kent、Tanaka Kensho、Kim Kab-Jin、Ono Teruo
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 119 ページ: 267204

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.267204

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature dependence of spin-orbit effective fields in Pt/GdFeCo bilayers2017

    • 著者名/発表者名
      Seung Ham Woo、Kim Sanghoon、Kim Duck-Ho、Kim Kab-Jin、Okuno Takaya、Yoshikawa Hiroki、Tsukamoto Arata、Moriyama Takahiro、Ono Teruo
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 110 ページ: 242405~242405

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.4985436

    • 査読あり
  • [学会発表] Spin torque switching of antiferromagnets2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Moriyama
    • 学会等名
      2nd IEEE Conference on Advances in Magnetics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spin orbit torque in antiferromagnets2017

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Moriyama
    • 学会等名
      ETH-Amsterdam-Kyoto mini-workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spin orbit torque in antiferromagnets2017

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Moriyama
    • 学会等名
      SPICE 2017 Young Research Leaders Group Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spin dissipation depending on magnetic moment orientation in antiferromagnets2017

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Moriyama
    • 学会等名
      York-Tohoku-Kaiserslautern JSPS Core-to-Core Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 反強磁性磁化のスピントルク制御2017

    • 著者名/発表者名
      森山貴広
    • 学会等名
      日本磁気学会・応用物理学会共催スピントロニクス研究会
    • 招待講演
  • [産業財産権] 磁気メモリ素子及び該磁気メモリ素子に用いる磁性材料2017

    • 発明者名
      森山貴広、小野輝男、関剛斎、周偉男、高梨弘毅
    • 権利者名
      森山貴広、小野輝男、関剛斎、周偉男、高梨弘毅
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2017-132264

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-05-23  

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