| 研究課題/領域番号 |
23226001
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
鈴木 義茂 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50344437)
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| 研究分担者 |
水落 憲和 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (00323311)
三輪 真嗣 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (20609698)
久保田 均 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノスピントロニクス研究センター, チーム長 (30261605)
今村 裕志 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノスピントロニクス研究センター, チーム長 (30323091)
白石 誠司 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30397682)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | スピントロニクス / 磁気共鳴 / ダイオード / スピントルク / 磁気異方性 |
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| 研究実績の概要 |
1. 高性能スピントルク発振器の研究 (a) スピントルク発振素子(STO) における位相ロックボルテックス型および通常のSTOに高周波電流を注入し位相ロックを実現、目標であるQ値104を大きく超える108を得た。高い磁気抵抗比を持つ場合、固定層が面内磁化でもボルテックスの振動励起が可能で位相同期に適することを示した。(b) スピントルク発振素子(STO)の高周波数化高い垂直磁気異方性を有する薄膜の作製および、垂直磁化強磁性薄膜をMgOトンネルバリアの直下にもつ磁気抵抗薄膜に対する微細加工プロセスを構築した。ソンブレロ型発振素子の高調波は外部磁場の角度により制御可能であることを示した。
2. 超高感度磁場センサーの研究(a)磁気抵抗検出型、STO発振強度検出型、STO位相変化検出型の比較により、STOの位相変化検出型が最も高感度であるという理論と一致した実験結果を得た。STOを用いた常磁性共鳴のシミュレーションを行なった。(b) ダイヤモンド中のNVセンターを用いた超高感度磁場センサーの特性向上ために、N-V軸の方向制御等の試料作成プロセスを開発した。微弱な磁場を発生させる電極を作製した
3. 超高感度スピントルクダイオードの研究(a) 非線形ノイズの評価を終えた。確率共鳴により、非線形強磁性共鳴同等のスピントルクダイオード感度が得られることがわかった。(b) 微小磁性体の磁気共鳴においてはスピントルク励起から磁場励起に変更することによりQ値が向上することを見出した。
(c)常磁性体であるグラフェンのような系においても純スピン流＝電流変換が可能であることを実験的に実証した。スピンホール角が10-7オーダーであることを明らかにした。
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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
ボルテックス型発振器は予想以上の大出力が得られ，その結果，高周波電流注入による位相同期が実現し，目標を大きく上回る高いQ値を得ることができた．また，外部回路による位相制御にも世界で初めて成功し，STOの周波数安定性を飛躍的に高めることが可能になった．高い発振周波数を持つ素子の作製は，磁気抵抗素子の加工プロセスが構築できた．この結果、複数の会社から技術移転や共同研究の引き合いが来ている。
半導体を超えるスピントルクダイオードの性能を実証した。
高周波磁界をもちいてグラフェンにスピン注入し、室温でのスピン輸送、純スピン流生成に成功した。更に同じ手法を用いて縦方向にスピン注入した場合にスピン流＝電流変換ができることも示し、グラフェンスピン素子の応用可能性を開拓した。
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| 今後の研究の推進方策 |
1. 高性能スピントルク発振器の研究 1)位相ロックによる周波数安定化をさらにすすめる．複数素子による相互位相ロックを目指す．H27年度も引き続き少数個アレイにおける電気結合を用いた位相同期の解析を行う。特に発振周波数の電流依存性が位相同期に与える影響について理論的に明らかにする。2)スピントルク発振素子(STO)の高周波数化においては，高い発振周波数の観測に注力する．高次の磁気異方性を持つゼロ磁場で動作する高出力なスピントルク発振器の提案を目指す。
2. 超高感度磁場センサーの研究1). 常磁性共鳴時の感度について共鳴をただしくとり扱った理論を構築する。2). コヒーレンス時間の長時間化やN-V軸の方向制御等の特性向上のための試料作成プロセスの評価を行い、実際に微弱な磁場の計測を行っていく。
3. 超高感度スピントルクダイオードの研究1). 超高感度スピントルクダイオードの研究においては、確率共鳴を含んだ非線形磁気共鳴の学理を完成させる。また微粒子の磁気共鳴に関しては引き 続き検討を行う予定である。2).昨年度確立したグラフェンにおける高周波スピン注入技術をベースに、イオンゲートを用いたスピンキャリアの制御及びスピン変換極性の制御、更に界面ラシュバ場の制御まで目指すことで軽元素系の高周波スピン注入とスピン物性制御に挑戦する。
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