反強磁性ワイルセミメタル薄膜のスピン物性と機能性に関する研究

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22KJ0203
• 配分区分: 基金
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: YOON JU YOUNG 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2023-03-08 – 2024-03-31
• キーワード: スピントロニクス / 反強磁性体 / ノンコリニア反強磁性体 / 結晶成長

研究実績の概要

今年度は最終年度となり、本課題で行った研究を論文としてまとめて発表したのが主要活動となる。成果として、学術誌2編、国内学会発表8件（うち招待講演1件）、国外学会発表15件（うち招待講演5件）、受賞2件、その他3件となる。特に材料科学と物理学の分野で世界的に著名な学術誌であるNature Materials誌とNature Physics誌に投稿した論文が発表されており、Nature Materials誌で発表された論文の内容については国外学会にて5回の招待講演を行った。
本成果は本研究課題の初期課題であった、反強磁性ワイルセミメタルMn3Sn薄膜の作製とその薄膜品質の向上と繋がる研究成果であり、高品質のM面及びC面配向のMn3Sn薄膜を用いたヘテロ構造での輸送特性を調べ、以下のような研究成果が得られた。
M面配向Mn3Sn/重金属ヘテロ構造では重金属から生成されたスピンをMn3Sn層に注入することより、Mn3Snの磁気秩序を代表するオクタポールが従来のコリニア磁性体の磁気秩序とは真逆のダイナミクスを有することを明らかにした。
C面配向Mn3Sn/Ptヘテロ構造ではPtの強いスピン軌道相互作用によってMn3Snのカイラルスピン構造が歪み、非線形はホール効果が生じることを明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] Polish Academy of Sciences(ポーランド)
  • 国名: ポーランド
  • 外国機関名: Polish Academy of Sciences
• [雑誌論文] Room-temperature flexible manipulation of the quantum-metric structure in a topological chiral antiferromagnet (2024)
  • 著者名/発表者名: Han Jiahao、Uchimura Tomohiro、Araki Yasufumi、Yoon Ju-Young、Takeuchi Yutaro、Yamane Yuta、Kanai Shun、Ieda Jun’ichi、Ohno Hideo、Fukami Shunsuke
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41567-024-02476-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Handedness anomaly in a non-collinear antiferromagnet under spin-orbit torque (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoon Ju-Young、Zhang Pengxiang、Chou Chung-Tao、Takeuchi Yutaro、Uchimura Tomohiro、Hou Justin T.、Han Jiahao、Kanai Shun、Ohno Hideo、Fukami Shunsuke、Liu Luqiao
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 22 ページ: 1106～1113
  • DOI: 10.1038/s41563-023-01620-2
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Current-induced hysteresis loop shift in non-collinear antiferromagnetic heterostructure (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Uchimura, Y. Yamane, T. Dohi, J. Han, J.-Y. Yoon, Y. Sato, S. Wakabayashi, Y. Takeuchi, S. Kanai, J. Ieda, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: The 71st Japan Society of Applied Physics Spring Meeting 2024
  • 招待講演
• [学会発表] Field-like torque origin of the unconventional spin Hall magnetoresistance in a noncollinear antiferromagnet (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Uchimura, J. Han, P. Tang, J.-Y. Yoon, Y. Takeuchi, Y. Yamane, S. Kanai, G. E. W. Bauer, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: Spin-RNJ 2023
• [学会発表] Dot size dependence of thermal stability factor in non-collinear antiferromagnetic Mn3Sn (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, Y. Takeuchi, Y. Yamane, J.-Y. Yoon, S. Kanai, J. Ieda, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: Spin-RNJ 2023
• [学会発表] Thermal stability of non-collinear antiferromagnet Mn3Sn nanoscale single dots (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, Y. Takeuchi, Y. Yamane, J.-Y. Yoon, S. Kanai, J. Ieda, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: PASPS-27
• [学会発表] Field-like torque origin of the unconventional spin Hall magnetoresistance in a noncollinear antiferromagnet (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Uchimura, J. Han, P. Tang, J.-Y. Yoon, Y. Takeuchi, Y. Yamane, S. Kanai, G. E. W. Bauer, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: PASPS-27
• [学会発表] Size dependence of thermal stability factor in non-collinear antiferromagnet Mn3Sn nanodot (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, Y. Takeuchi, Y. Yamane, J.-Y. Yoon, S. Kanai, J. Ieda, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: Iwate Spintronics School, 2024 Winter
  • 国際学会
• [学会発表] Unconventional spin Hall magnetoresistance in a non-collinear antiferromagnet/heavy metal stack (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Uchimura, J. Han, P. Tang, J.-Y. Yoon, Y. Takeuchi, Y. Yamane, S. Kanai, G. E. W. Bauer, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: Iwate Spintronics School, 2024 Winter
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic studies of epitaxial thin films of noncollinear Weyl antiferromagnet Mn3Sn (2024)
  • 著者名/発表者名: K. Gas, S. Wakabayashi, T. Uchimura, J.-Y. Yoon, Y. Takeuchi, S. Kanai, M. Sawicki, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: International Symposium on Quantum Electronics
  • 国際学会
• [学会発表] Size dependence of thermal stability in polycrystalline Mn3Sn nanodots (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Kubota, Y. Sato, Y. Takeuchi, Y. Yamane, J.-Y. Yoon, T. Uchimura, S. Wakabayashi, S. Kanai, J. Ieda, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: 42nd Electronic Materials Symposium EMS-42
• [学会発表] Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction in a non-collinear antiferromagnet/heavy metal heterostructure (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Uchimura, Y. Yamane, T. Dohi, J.-Y. Yoon, Y. Sato, S. Wakabayashi, Y. Takeuchi, S. Kanai, J. Idea, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: The 83rd Japan Society of Applied Physics Autumn Meeting 2023
• [学会発表] Crystalline structure, magnetic and magnetotransport properties of Mn3Sn thin films with various thicknesses (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Wakabayashi, J.-Y. Yoon, K. Gas, Y. Takeuchi, Y. Yamane, T. Uchimura, Y. Sato, K. Kishi, S. Kanai, M. Sawicki, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: The 83rd Japan Society of Applied Physics Autumn Meeting 2023
• [学会発表] Handedness anomaly in the dynamics of a non-collinear antiferromagnet driven by spin-orbit torque (2023)
  • 著者名/発表者名: J.-Y. Yoon, P. Zhang, C.-T. Chou, Y. Takeuchi, T. Uchimura, J. T. Hou, J. Han, S. Kanai, H. Ohno, S. Fukami, L. Liu
  • 学会等名: The 13th International Conference on Advanced Materials and Devices
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Studies of magnetic properties of epitaxial thin films of noncollinear Weyl antiferromagnet Mn3Sn (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Gas, S. Wakabayashi, T. Uchimura, J.-Y. Yoon, Y. Takeuchi, S. Kanai, M. Sawicki, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: The 7th Symposium for the Core Research Clusters for Materials Science and Spintronics and the 6th Symposium on International Joint Graduate Program in Materials Science and Spintronics
  • 国際学会
• [学会発表] Dot size dependence of thermal stability factor in polycrystalline Mn3Sn (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Kubota, Y. Sato, Y. Takeuchi, Y. Yamane, J.-Y. Yoon, T. Uchimura, S. Wakabayashi, S. Kanai, J. Ieda, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: The 7th Symposium for the Core Research Clusters for Materials Science and Spintronics and the 6th Symposium on International Joint Graduate Program in Materials Science and Spintronics
  • 国際学会
• [学会発表] Electrical control of noncollinear antiferromagnetic Mn3Sn thin film (2023)
  • 著者名/発表者名: J.-Y. Yoon, P. Zhang, C.-T. Chou, Y. Takeuchi, T. Uchimura, J. T. Hou, J. Han, S. Kanai, H. Ohno, S. Fukami, L. Liu
  • 学会等名: 5th Polish Japanese Workshop on Spintronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction in a non-collinear antiferromagnet/heavy metal heterostructure (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Uchimura, Y. Yamane, T. Dohi1, J. Han, J.-Y. Yoon, Y. Sato, S. Wakabayashi, Y. Takeuchi, S. Kanai, J. Ieda, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: 68th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Comprehensive study of crystalline structure, magnetic and magnetotransport properties of Mn3Sn thin films with various thicknesses (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Wakabayashi, J.-Y. Yoon, K. Gas, Y. Takeuchi, Y. Yamane, T. Uchimura, Y. Sato, K. Kishi, S. Kanai, M. Sawicki, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: 68th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Handedness anomaly in a non-collinear antiferromagnet under spin-orbit torque (2023)
  • 著者名/発表者名: J. Han, J.-Y. Yoon, P. Zhang, C.-T. Chou, Y. Takeuchi, T. Uchimura, J. T. Hou, S. Kanai, H. Ohno, S. Fukami, L. Liu
  • 学会等名: 5th International Workshop on Spintronics Memory and Logic
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Experimental Methods of Quantifying Magnetism of Thin Antiferromagnetic Layers Deposited on MgO Substrates (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Gas, S. Wakabayashi, T. Uchimura, J.-Y. Yoon, Y. Takeuchi, S. Kanai, S. Fukami, H. Ohno, M. Sawicki
  • 学会等名: Joint European Magnetic Symposia 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Domain imaging in non-collinear antiferromagnetic Mn3Sn thin film by magneto-optical Kerr effect (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Uchimura, J.-Y. Yoon, Y. Sato, Y. Takeuchi, S. Kanai, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: Gordon Research Conference "Spin Dynamics in Nanostructures"
  • 国際学会
• [学会発表] Domain imaging in non-collinear antiferromagnetic Mn3Sn thin film by magneto-optical Kerr effect (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Uchimura, J.-Y. Yoon, Y. Sato, Y. Takeuchi, S. Kanai, H. Ohno, S. Fukami
  • 学会等名: Gordon Research Seminar "Spin Dynamics in Nanostructures"
  • 国際学会
• [学会発表] Handedness anomaly in the octupole dynamics of a non-collinear antiferromagnet driven by spin-orbit torque (2023)
  • 著者名/発表者名: J.-Y. Yoon, P. Zhang, C.-T. Chou, Y. Takeuchi, T. Uchimura, J.T. Hou, J. Han, S. Kanai, H. Ohno, S. Fukami, L. Liu,
  • 学会等名: The 1st Young Scholars Workshop in Spintronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Unconventional octupole dynamics of a non-collinear antiferromagnet driven by spin-orbit torque (2023)
  • 著者名/発表者名: J.-Y. Yoon, P. Zhang, C.-T. Chou, Y. Takeuchi, T. Uchimura, J.T. Hou, J. Han, S. Kanai, H. Ohno, S. Fukami, L. Liu,
  • 学会等名: Intermag 2023
  • 国際学会 / 招待講演