| 研究課題/領域番号 |
17J07326
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
安藤 冬希 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| キーワード | 電界効果 / 交換相互作用 / 強磁性遷移金属 |
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| 研究実績の概要 |
ゲート電極／絶縁体／強磁性金属という素子構造を用い、ゲート電圧の印加によって磁性を制御する電界効果の研究が精力的に行われており、磁気異方性やキュリー温度といった物性を制御できることが示されている。申請者の目的は、交換相互作用という隣り合うスピン間に働く微視的な力の電界変調の物理を明らかにするべく、交換相互作用とジャロシンスキー・守谷相互作用（DMI）の電界変調を実験的に評価し比較することである。
一般にバルクの強磁性体において、交換相互作用とDMIはそれぞれスピン間相互作用の1次と2次の項であり、それらの間には比例関係が成り立つ。また、強磁性薄膜における交換相互作用と界面で誘起されるDMIについても、発現する起源が異なるにも関わらず膜厚に対して比例関係となることが報告されている。その一方で、強磁性薄膜のDMIの電界変調については、これまで報告されてきたもののその物理的な機構は未だ明らかとなっていない。そこで申請者は、交換相互作用とDMIの比例関係に着目して、それぞれの電界変調を比較することによって物理的な機構の解明を目指す。本年度では、まず昨年度に取り組んだ強磁性金属薄膜のキュリー温度の電界変調の微視的起源が交換相互作用の変化である、という研究結果を論文にまとめて発表した。次に、磁壁移動速度の測定によってDMIの電界変調を評価するために、磁気光学顕微鏡による測定系の立ち上げ作業を行った。現在は、Co薄膜試料を測定可能な状態まで完成させており、次年度中に電界印加下での測定を行い、本研究の目的を達成できることが充分に期待できる。
また、上記の研究と並行して、磁性の電界効果を利用した磁区書き込みの原理実証を行い、Applied Physics Letters誌に発表した。これは、磁性の電界効果をマグノニックデバイスに応用するための新たな手法を考案した点で意義深い結果である。
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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
昨年度は、キュリー温度の電界変調の起源を探るべく交換相互作用の電界変調の評価に取り組み、それらが比例関係にあることを実証した。そしてDMIの電界変調については、磁気光学顕微鏡を使って薄膜面内方向の磁場下における磁壁移動速度を測定することにより評価する手法を採用している。本年度はDMIの電界変調を評価するための測定系の立ち上げを行った。より具体的には、水平・垂直方向それぞれ独立に磁場を印加できる電磁石の設計と発注、パルス磁場を出力するためのコイルの作成と性能評価、実際にDMIを評価するための測定プログラムの作成までが完了している。そのため、次年度ではPt/Co薄膜試料の測定に直ちに取り掛かることが可能である。当初の予定においても本年度の目標は測定準備を完遂することであったため、実験の面では計画通りに進行していると言える。それに加えて、これまでの実験成果は全て論文として発表しており次年度は特に実験に注力可能であるため、総合的に見ると当初の計画以上に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の目的は、強磁性金属における交換相互作用とDMIの電界効果を調査することによって、その微視的な発現機構を体系的に理解することである。今後はまず、DMIの電界変調の評価に取り組み、交換相互作用の電界変調と比較した実験結果を半年程度でまとめあげる。そして残りの半年では、その結果を考察して物理的な機構を解釈し、論文化して雑誌に投稿するところまで遂行する予定である。
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