電子軌道制御を利用した新しい超低消費電力磁化スイッチング

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K21960
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 大矢 忍 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20401143)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2021-03-31
• キーワード: スピントロニクス / 磁化反転 / トンネル磁気抵抗効果 / 電界効果 / 分子線エピタキシー

研究成果の概要

ペロブスカイト酸化物ヘテロ構造LaSrMnO3/SrTiO3/LaSrMnO3において、15～200 mV程度の極低電圧かつ、0.01 A/cm2という従来の磁化反転方式に必要な電流密度の約8桁小さな電流密度で、磁化を膜面内で90度回転させることに成功した。
オールエピタキシャル強磁性半導体GaMnAs単膜において、電流を流すだけで、磁化を反転できることを明らかにした。さらにGaMnAsの膜厚を変えた一連の試料で同様の測定を行ったところ、膜厚が15 nmの時に、スピントルク磁化反転現象においては世界最小である46,000 A/cm2で磁化を反転できることを示した。

自由記述の分野

スピントロニクス、結晶工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、実際に電子の軌道状態を電圧で制御することにより、磁化スイッチに必要な電圧値を人工的に制御して、超低消費電力磁化スイッチを実現できることを明らかにした。また、従来、スピン軌道トルク磁化反転の研究は、重金属層と強磁性層の２層膜の系で行われてきたが、GaMnAsのように、物質内部に大きなスピン軌道相互作用が存在し、大きなフェルミ面が存在するような物質においては、単膜に電流を流すだけで磁化反転を誘起出来ることを明らかにした。より単純な素子構造で簡単にかつ高効率に磁化反転ができる新たな可能性を示すことができた。