| 研究課題/領域番号 |
20F20366
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
田中 雅明 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30192636)
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| 研究分担者 |
JIANG MIAO 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2020-11-13 – 2023-03-31
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| キーワード | スピン / スピン軌道トルク / 磁化反転 / 強磁性半導体 / 垂直磁化 |
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| 研究実績の概要 |
不揮発性メモリや不揮発性論理回路を低消費電力で動作させることは極めて重要であり、スピントロニクスデバイスを作製、特に情報を担う強磁性層の磁化を制御し、磁化反転を低消費電力で行うことが不可欠である。最も有望な技術であるスピン軌道トルク(SOT)を用いた磁化制御の研究を行った。
・強磁性半導体の単層薄膜を用いて、電流を流すことによって生じるスピン軌道トルクという力を利用して、世界最小の電流密度4.6×104 A /cm2で磁化反転に成功した。これは広く行われている金属多層膜におけるスピン軌道トルクによる磁化反転で必要とされる電流密度（約107 A/cm2）よりも3桁程度小さな値である。
・従来の金属多層膜におけるスピン軌道トルクによる磁化反転の研究とは異なり、強磁性半導体の単層薄膜に電流を流すだけで、磁化が180°反転することを示した。結晶軸に対する電流の方向と薄膜の膜厚を最適化することにより、磁化反転を阻害しているトルク成分を抑制できることを明らかにし、それにより磁化反転電流密度を大幅に低減した。
・本研究の成果は、磁化反転に必要な電力を低減できる新たな材料開拓や素子構造探索の契機となることが期待される。
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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
強磁性半導体の単層薄膜を用いて、電流を流すことによって生じるスピン軌道トルクという力を利用して、世界最小の電流密度4.6×10^4 A /cm2で磁化反転に成功した。これは広く行われている金属多層膜におけるスピン軌道トルクによる磁化反転で必要とされる電流密度（約10^7 A/cm2）よりも3桁程度小さな値である。この成果を Nature Electronics に出版した。
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| 今後の研究の推進方策 |
スピン軌道トルクによる磁化反転のメカニズムを解明し、ダンピングライクトルクとフィールドライクトルクの寄与を明らかにする。さらなる高効率・低電流密度での時価反転を目指す。
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