電気的な磁化操作に関する研究

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21681021
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 千葉 大地 京都大学, 化学研究所, 助教 (10505241)
• キーワード: スピンデバイス / 磁化制御 / 電界効果 / 磁気メモリ / 磁気異方性

研究概要

本研究では主に強磁性半導体を用いて電気的に磁化を操作することを目的としている。大きな目的は、外部磁場を用いずに電界(ゲート絶縁層を介した強磁性体への電圧印加)のみで磁化をスイッチすることである。本年度の主な成果は以下のとおりである。まず代表的な遷移金属強磁性体であるコバルトの磁気相転移を室温付近で電界誘起することに成功した。これまで強磁性半導体において同様な現象を観測してきたが、強磁性金属において磁性を電界スイッチすることは世界で初めての成果である。±10Vのゲート電圧印加により、強磁性相転移温度が最大で12K程度変化することが分かった。本成果はNature materialsに掲載された。また、ゲート絶縁層の代わりにイオン液体とコバルト界面に形成される電気二重層を用い巨大な電界を印加することで、強磁性相転移温度の制御温度範囲を室温を挟んで100K程度にまで増大することにも成功した。同時に制御ゲート電圧も1/5に低減することに成功し、低電力動作と室温での制御性を実証することができた。本成果はApplied Physics Lettersに掲載された。これら成果は招待講演4つを含む国際会議、国内会議でも発表し、広く公表することができた。また、コイルに電流を流すことなく磁性体の漏れ磁界を電圧でオンオフできることができるため、電圧駆動型の電磁石への応用が期待できる。同概念に関する特許を出願中である。

研究成果

• [雑誌論文] Electrical control of Curie temperature in cobalt using an ionic liquid film (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Shimamura, D.Chiba, S.Ono, S.Fukami, N.Ishiwata, M.Kawaguchi, K.Kobayashi, T.Ono
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100 ページ: 122402(1)-(3)
  • DOI: doi:10.1063/1.3695160
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic field insensitivity of magnetic domain wall velocity induced by electrical current in Co/Ni nanowire (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Koyama, D.Chiba, K.Ueda, H.Tanigawa, S.Fukami, T.Suzuki, N.Ohshima, N.Ishiwata, Y.Nakatani, T.Ono
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98 ページ: 192509(1)-(3)
  • DOI: doi:10.1063/1.3590713
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current-Induced Magnetic Domain Wall Motion in Co/Ni Nanowire at Low Temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Ueda, T.Koyama, D.Chiba, K.Shimamura, H.Tanigawa, S.Fukami, T.Suzuki, N.Ohshima, N.Ishiwata Y.Nakatani, T.Ono
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 4 ページ: 063003(1)-(3)
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.4.063003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Investigation of Notch Width Dependence of Domain Wall Structure in Co/Ni Nanowires (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Kondou, R.Hiramatsu, T.Koyama, Y.Nakatani, D.Chiba, S.Fukami, N.Ishiwata, T.Ono
  • 雑誌名: Japanese Jpurnal of Applied Physics 巻: 50 ページ: 073002(1)-(3)
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.50.073002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real space observation of current-induced magnetic domain wall displacement in Co/Ni nano-wire by photoemission electron microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: N Ohshima, T Koyama, H Tanigawa, M Kotsugi, T Ohkouchi, D.Chiba, T Kinoshita, T Ono
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 巻: 23 ページ: 382202(1)-(3)
  • DOI: doi:10.1088/0953-8984/23/38/382202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wire Width Dependence of Threshold Current Density for Domain Wall Motion in Co/Ni Nanowires (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Koyama, D.Chiba, K.Ueda, H.Tanigawa, S.Fukami, T Suzuki, N.Ohshima, N Ishiwata, Y Nakatani, T.Ono
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Magnetics 巻: 47 ページ: 3089-3091
  • DOI: DOI:10.1109/TMAG.2011.2157308
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical control of the ferromagnetic phase transition in cobalt at room temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: D.Chiba, S.Fukami, K.Shimamura, N.Ishiwata, K.Kobayashi, T.Ono
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 10 ページ: 853-856
  • DOI: DOI:10.1038/NMAT3130
  • 査読あり
• [雑誌論文] All electrical operation of magnetic vortex core memory cell (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Nakano, D.Chiba, N.Ohshima, S.Kasai, T.Sato, Y.Nakatani, K.Sekiguchi, K.Kobayashi, T.Ono
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 99 ページ: 262505(1)-(3)
  • DOI: doi:10.1063/1.3673303
  • 査読あり
• [学会発表] 磁壁電流駆動を用いたCo/Ni細線におけるスピン分極率の温度依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上田浩平, 小山知弘, 千葉大地, 平松亮, 深見俊輔, 谷川博信, 鈴木哲広, 大嶋則和, 石綿延行, 仲谷栄伸, 小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 垂直磁化Co/Ni細線における面内磁場下の磁壁電流駆動 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉村瑶子, 小山知弘, 千葉大地, 深見俊輔, 山ノ内路彦, 大野英男, 仲谷栄伸, 小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 極薄絶縁膜を用いた有機電界効果トランジスタ (2012)
  • 著者名/発表者名: 小野新平, 島村一利, Roger Hausermann, Bertram Batlogg, 千葉大地, 小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-24
• [学会発表] CO垂直磁化膜における磁壁移動速度の電界制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 千葉大地, 河口真志, 深見俊輔, 石綿延行, 島村一利, 小林研介, 小野輝男
  • 学会等名: 第59回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2012-03-18
• [学会発表] 電気二重層を利用したCo超薄膜の磁性制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 島村一利, 千葉大地, 小野新平, 深見俊輔, 石綿延行, 河口真志, 小林研介, 小野輝男
  • 学会等名: 第59回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2012-03-18
• [学会発表] Co/Pt超薄膜における磁性の電界制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 千葉大地, 島村一利、深見俊輔、小野新平、石綿延行、小林研介、小野輝男
  • 学会等名: 東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究会
  • 発表場所: 東北大学(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-26
• [学会発表] 磁石を電界でコントロールする (2011)
  • 著者名/発表者名: 千葉大地
  • 学会等名: 第一回ナノシステム若手交流会
  • 発表場所: 京都大学(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-02
• [学会発表] 垂直磁化Co/Ni細線の磁壁電流駆動の温度依存性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上田浩平, 小山知弘, 千葉大地, 深見俊輔, 谷川博信、 鈴木哲広, 大嶋則和, 石綿延行, 仲谷栄伸, 小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] 磁壁電流駆動における閾電流密度に対する外部磁場の影響II (2011)
  • 著者名/発表者名: 小山知弘, 上田浩平, 千葉大地, 深見俊輔, 谷川博信, 鈴木哲広, 大嶋則和, 石綿延行, 仲谷栄伸, 小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] Co/Ni細線における磁壁内の磁化回転検出の試み (2011)
  • 著者名/発表者名: 平松亮, 近藤浩太, 小山知弘, 千葉大地, 深見俊輔, 石綿延行, 仲谷栄伸, 小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] Co超薄膜における磁性の電界制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 千葉大地, 深見俊輔, 島村一利, 石綿延行, 小林研介, 小野輝男
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2011-09-02
• [学会発表] Electric field control of ferromagnetism in III-V ferromagnetic semiconductor structures (2011)
  • 著者名/発表者名: D.Chiba, K.Kobayashi, T.Ono, F.Matsukura, H.Ohno
  • 学会等名: Moscow International Symposium on Magnetism
  • 発表場所: モスクワ大学(ロシア)(招待講演)
  • 年月日: 2011-08-23
• [学会発表] Modulation of coercivity by electric fields in Co/Pt ultra-thin films (2011)
  • 著者名/発表者名: D.Chiba, S.Fukami, K.Shimamura, N.Ishiwata, K.Kobayashi, T.Ono
  • 学会等名: 5th International Workshop on Spin Currents
  • 発表場所: 仙台国際センター(招待講演)
  • 年月日: 2011-07-25
• [備考]
  • URL: http://www.kuicr.kyoto-u.ac.jp/a topics/topics120319.html
• [備考]
  • URL: http://pup.adm.kyoto-u.ac.jp/ja/news data/h/hl/news6/2011/120320 1.htm
• [産業財産権] 電圧駆動型電磁石 (2011)
  • 発明者名: 千葉大地, 小野輝男
  • 権利者名: 京都大学
  • 産業財産権番号: 特願2011-196860
  • 出願年月日: 2011-09-09