研究課題
前年度に確立したナノスケールノンコリニア反強磁性体単一ドット素子の作製手法を活用し、多結晶Mn3Snナノドットの熱安定性のサイズ依存性を調べた。エピタキシャル膜と同様にサイズ減少に伴い、核生成型反転から単磁区反転の転移がみられるとともに、多結晶Mn3Snではエピタキシャル膜に比べて低い熱安定性を有することがわかった。加えてナノスケールMn3Snドット素子における外部磁場および直流電流によるスピン構造の変化も明らかになり、ナノスケール反強磁性体における電流誘起スイッチング特性や新奇現象が解明されつつある。ノンコリニア反強磁性体Mn3Sn薄膜における非保証磁化および磁気異方性の精密な測定手法も確立し、これら種々の磁気特性のMn3Sn薄膜依存性を理解した。本研究で確率した反強磁性体薄膜の物性評価は他の反強磁性体にも適用可能であり、更なる材料開発においても非常に有用である。これらの実績に加えて、本研究では新たに重金属/ノンコリニア反強磁性体Mn3Snヘテロ構造におけるスピン依存磁気輸送特性の評価にも取り組んだ。その結果、室温において2次の非線形ホール効果を観測し、それがMn3Snと重金属の界面スピン構造の変化に起因することを明らかにした。さらに当該ヘテロ構造におけるスピンホール磁気抵抗を観測し、その抵抗変化がスピン軌道トルクのフィールドライク・トルク成分が寄与していることがわかった。以上の薄膜およびそのヘテロ構造の研究結果は本研究の発展につながるものであり、今後はより詳細な理解が求められる。
2: おおむね順調に進展している
ナノスケール微細反強磁性体素子の作製を様々な材料系に活用し、多結晶Mn3Snナノドットの熱安定性や直流電流によるスピン構造の変化などが解明されつつある。こうした成果に加えて、ノンコリニア反強磁性体薄膜ヘテロ構造の磁気特性、磁気輸送特性、種々の量子効果がみられ、多方面にわたる研究成果が出ており、本研究は順調に進展しているといえる。
当初の主目標であるナノスケールノンコリニア反強磁性体におけるスピン軌道トルク高速反転の実証に取り組む。現在はより系統的な実験結果を得るための測定に着手しており、また理論計算を利用した詳細の理解に努めている。また、より高機能な反強磁性体スピンデバイスの実現に向けて、Mn3Sn以外の様々なノンコリニア反強磁性薄膜の作製およびその特性評価にも取り組む。
研究代表者の所属機関の変更に伴い、研究計画に一部変更が生じたため。また、ナノスケール微細素子を高い歩留まりで作製することができたことにより、関連した材料作製・加工にあたる必要経費が少なくなったため。
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すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 10件、 招待講演 4件) 備考 (2件)
Nature Physics
巻: XXX ページ: XXX-XXX
10.1038/s41567-024-02476-2
Nature Materials
巻: 22 ページ: 1106-1113
10.1038/s41563-023-01620-2
https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2024/04/press20240422-01-magnet.html
https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/08/press20230804-02-spin.html
