電場誘起磁化反転に関与する波動関数の対称性を測る

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24560364
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 櫻井 浩 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80251122)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: スピンエレクトロニクス / 磁気スイッチング

研究実績の概要

本研究ではFe/MgO磁気トンネル接合界面（Au/Fe/MgOサンドイッチ膜)における磁気コンプトンプロファイルの電場効果および磁場効果を測定し、電場誘起磁化反転に関与する波動関数の対称性を実験的に抽出することを目的とし、①Au/Fe/MgO多層膜の磁気コンプト
ンプロファイルの電場効果および磁場効果の測定②理論的に指摘されているFe3d電子の磁気量子数|m|=0と|m|=2の対称性に着目した解析を行うこととした。
平成24年度は、Au/Fe(001)/MgO(001)/Feのシークエンスで多層膜を作製し、Fe(001)/MgO(001)界面の結晶方位制御した多層膜の作製に成功した。平成25年度は磁気コンプトンプロファイルの磁場依存性を測定し、スピン磁気モーメントの磁化曲線（スピン選択磁化曲線：Spin Selective Magnetic Hysteresis (SSMH))と軌道磁気モーメントの磁化曲線（軌道選択磁化曲線: Orbital Selective Magnetic Hysteresis (OSMH))を求めた。 さらに、磁気コンプトンプロファイルの解析から、Fe3d電子の磁気量子数|m|の対称性別SSMHを求めた。平成26年度はそれらの結果を詳細に解析し、スピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの磁化反転挙動が異なることを見出した。さらに、軌道磁気モーメントとスピン磁気モーメントの磁化反転挙動が異なる原因は、軌道の対称性によって磁化反転特性が異なりるためであり、軌道磁気モーメントの磁化反転挙動は磁気量子数|m|=2の対称性に支配されることを見出した。これらの成果を論文等で発表し、平成27年度はこれらの成果を解説等で発表した。さらに、既に実用化されているCoFeB/MgO磁気トンネル接合系でも同様の現象を見出し、検討を開始している。

研究成果

• [国際共同研究] Northeasten University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Northeasten University
• [雑誌論文] Densitometry and temperature measurement of combustion gas by X-ray Compton scattering (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Sakurai, N. Kawahara, M. Itou, E. Tomita, K. Suzuki and Y. Sakurai
  • 雑誌名: J. Synchrotron Rad. 巻: 23 ページ: 617-621
  • DOI: 10.1107/S1600577516001740
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Non-destructive measurement of in-operando lithium concentration in batteries via x-ray Compton scattering (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Suzuki, B. Barbiellini, Y. Orikasa, S. Kaprzyk, M. Itou, K. Yamamoto, Yung Jui Wang, H. Hafiz, Y. Uchimoto, A. Bansil, Y. Sakurai and H. Sakurai
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 119 ページ: 025103
  • DOI: 10.1063/1.4939304
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The study of the magnetization process of fe film by magnetic Compton scattering and Mossbauer spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Akane Agui, Ryo Masuda, Yasuhiro Kobayashi, Tadashi Kato, Shun Emoto, Kosuke Suzuki and Hiroshi Sakurai
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mat. 巻: 408 ページ: 41-45
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2016.02.016
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 磁気コンプトン散乱で調べる化学結合の形とその磁場依存性～垂直磁気異方性の起源 (2015)
  • 著者名/発表者名: 櫻井浩、鈴木宏輔、伊藤真義、櫻井吉晴
  • 雑誌名: まてりあ 巻: 54 ページ: 621-625
  • DOI: 10.2320/materia.54.621
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 希土類 遷移金属垂直磁化膜のミクロスコピックな磁化過程 (2016)
  • 著者名/発表者名: 安居院あかね, 水牧仁一朗, 劉小晰, 櫻井浩, 安達美咲, 柴山茜, 鈴木宏輔
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（泉キャンパス）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] 磁気コンプトン散乱で調べるスピントロニクス材料 (2016)
  • 著者名/発表者名: 櫻井 浩
  • 学会等名: 第２回 実用スピントロニクス新分野創成研究会
  • 発表場所: グランパークプラザ(田町）
  • 年月日: 2016-03-10 – 2016-03-10
• [学会発表] Electrode and Electrochemical Reactions Observed by Compton Scattering Spectroscopy (invited) (2016)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Suzuki,Bernardo Ballbierini, Yuki Orikasa, Taiki Ishikawa, Ayahito Suzuki, Ryota Yamada, Hiroshi Sakurai, Stanishaw Kaprzyk,Masayoshi Ito, Kentarou Yamamoto, Yung Jui Wang, Hasnain Hafiz, Yoshiharu Uchimoto, Arun Bansil, and Yoshiharu Sakurai
  • 学会等名: EMN(Energy, Material and Nanotechnology) Meeting on Batteries 2016
  • 発表場所: Florida, USA
  • 年月日: 2016-02-21 – 2016-02-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CoFeB/MgO多層膜のスピン/軌道選択的磁化測定及び磁気量子数選択的磁化測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山添誠敏， 加藤忠， 鈴木宏輔， 伊藤真義， 櫻井吉晴，櫻井浩
  • 学会等名: 第29回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学柏の葉キャンパス
  • 年月日: 2016-01-09 – 2016-01-11
• [学会発表] PILATUSを用いる多層膜X線磁気回折実験の試み (2016)
  • 著者名/発表者名: 大沢冬樹子，加藤康平，高嶋雅仁，下山秀文，小菅隆，永谷康子，Wolfgang Voegeli，亀沢知夏，荒川悦雄，鈴木宏輔，桜井浩，伊藤正久
  • 学会等名: 第29回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学柏の葉キャンパス
  • 年月日: 2016-01-09 – 2016-01-11
• [学会発表] コンプトンプロファイル解析によるLixCoO2正極材料のレドックス軌道の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木宏輔，B. Barbiellini，折笠有基，櫻井浩，伊藤真義, 内本喜晴，A. Bansil，櫻井吉晴
  • 学会等名: 第29回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学柏の葉キャンパス
  • 年月日: 2016-01-09 – 2016-01-11
• [学会発表] 実用リチウム二次電池における正極と負極のリチウム濃度分布のオペランドな精密測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川泰己，阿部知也，鈴木操士，山田涼太，鈴木宏輔，櫻井浩，伊藤真義，櫻井吉晴
  • 学会等名: 第29回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学柏の葉キャンパス
  • 年月日: 2016-01-09 – 2016-01-11
• [学会発表] Electron density estimation by using X-ray absorption coefficient obtained at several photon energies (2015)
  • 著者名/発表者名: Akie Nagao, Naoki Sunaguchi, Zhan Kun, Tamako Hayashi, Tatsuaki Kanai, Masami Torikoshi, Yoshiki Yamakoshi, Kosuke Suzuki and Hiroshi Sakurai
  • 学会等名: 2nd International Symposium of Gunma University Medical Innovation (GUMI2015)
  • 発表場所: Maebashi, Japan
  • 年月日: 2015-12-08 – 2015-12-08
  • 国際学会
• [学会発表] Analytical Imaging of a Li-ion Battery Using X-ray Compton Scattering Technique (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Brancewicz, M. Itou, H. Sakurai, K. Suzuki, Y. Orikasa, Y. Uchimoto and Y. Sakurai
  • 学会等名: 2015 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston, Massachusetts, USA
  • 年月日: 2015-11-29 – 2015-12-04
  • 国際学会
• [学会発表] Non-Destructive Measurement of in-operando Lithium Concentration in Batteries via X-ray Compton Scattering (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Suzuki, B. Barbiellini, Y. Orikasa, S. Kaprzyk, M. Itou, K. Yamamoto, Yung Jui Wang, H. Hafiz, Y. Uchimoto, A. Bansil, Y. Sakurai, and H. Sakurai
  • 学会等名: The 9th International Conference on Inelastic X-ray Scattering(IXS2015)
  • 発表場所: Hsinchu, Taiwan
  • 年月日: 2015-11-22 – 2015-11-26
  • 国際学会
• [学会発表] Spin and orbital selective magnetization curves of Tb-Co film (2015)
  • 著者名/発表者名: Akane Agui, Hiroshi Sakurai, Kousuke Suzuki, Syouta Takubo, and Xiaoxi Liu
  • 学会等名: The 9th International Conference on Inelastic X-ray Scattering(IXS2015)
  • 発表場所: Hsinchu, Taiwan
  • 年月日: 2015-11-22 – 2015-11-26
  • 国際学会
• [学会発表] Spin/Orbital and Magnetic Quantum Number Specific Magnetization Measurement for CoFeB/MgO Multilayers (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Yamazoe, T. Kato, K. Suzuki, M. Itou, Y. Sakurai, H. Sakurai
  • 学会等名: 7th International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (AMDE2015)
  • 発表場所: Kiryu, Japan
  • 年月日: 2015-11-11 – 2015-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] A Two-Dimensional Area Detector for X-Ray Magnetic Diffraction Experiments of Multilayers (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Osawa, K. Kato, M. Takashima, H. Shimoyama, T. Kosuge, Y. Nagatani,
  • 学会等名: 7th International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (AMDE2015)
  • 発表場所: Kiryu, Japan
  • 年月日: 2015-11-11 – 2015-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Tb23Co77垂直磁化膜のスピン・軌道選択磁化曲線の測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 安居院あかね, 櫻井浩, 鈴木宏輔, 田久保翔太, 劉小晰
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] Tb23Co77垂直磁化膜のミクロスコピックな磁化過程の観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 安居院 あかね，櫻井 浩，鈴木宏輔，田久保 翔太，劉 小晰
  • 学会等名: 第39回 日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-09-08 – 2015-09-11
• [学会発表] 磁気コンプトンプロファイル測定による対称性選択的磁化測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 櫻井 浩
  • 学会等名: 第1回 実用スピントロニクス新分野創成研究会
  • 発表場所: SPring-8放射光普及棟・中講堂
  • 年月日: 2015-09-04 – 2015-09-04
• [学会発表] Analytical Imaging of Batteries with X-ray Compton Scattering (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakurai, M. Itou, M. Brancewicz, H. Sakurai, K. Suzuki, Y. Orikasa, Y. Uchimoto
  • 学会等名: DXC2015; Denver X-ray Conference
  • 発表場所: Westminster, Colorado, USA
  • 年月日: 2015-08-03 – 2015-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] Redox orbital with Lithium intercalation in LixMn2O4 and LixCoO2 (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Sakurai, K. Suzuki, B. Barbiellini, Y. Orikasa, N. Go, S. Kaprzyk, M. Itou, K. Yamamoto, Y. Uchimoto, Yung Jui Wang, H. Hafiz, A. Bansil, and Y. Sakurai
  • 学会等名: SAGAMORE XVIII Conference on Charge, Spin and Momentum Densities
  • 発表場所: Sardinia, Italy
  • 年月日: 2015-06-07 – 2015-06-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Compton scattering imaging for operando observation of lithium batteries (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Itou, Y. Sakurai, M. Brancewicz, M. Nagamine, T. Inoue, S. Chiba, Y. Kayahara, H. Sakurai
  • 学会等名: The 12th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation(SRI2015)
  • 発表場所: New York, USA
  • 年月日: 2015-06-06 – 2015-06-10
  • 国際学会
• [学会発表] Extracting the Redox Orbitals in Li Battery Materials with High-Resolution X-Ray Compton Scattering Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Suzuki, B. Barbiellini, Y. Orikasa, N. Go, H. Sakurai, S. Kaprzyk, M. Itou, K. Yamamoto, Y. Uchimoto, Yung Jui Wang, H. Hafiz, A. Bansil and Y. Sakurai
  • 学会等名: 2015 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • 発表場所: San Francisco, California, USA
  • 年月日: 2015-04-06 – 2015-04-10
  • 国際学会
• [学会発表] In-situ and quantum electrochemical characterizations of energy materials using X-ray Compton scattering (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakurai, M. Itou, K. Suzuki, H. Sakurai, B. Barbiellini, A. Bansil, Y. Orikasa and Y. Uchimoto
  • 学会等名: 2015 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • 発表場所: San Francisco, California, USA
  • 年月日: 2015-04-06 – 2015-04-10
  • 国際学会
• [備考] スピントロニクスを測る
  • URL: http://www.st.gunma-u.ac.jp/electron/05.html
• [備考] リチウムイオン二次電池の電池電極反応に寄与する電子軌道の解明
  • URL: http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150204-2/
• [備考] Ｘ線を用いた燃焼現象の新しい非接触測定手法の開発に成功
  • URL: http://www.gunma-u.ac.jp/information/12215
• [備考] 電池内部のリチウム元素を非破壊で定量する新手法の開発に成功
  • URL: http://www.gunma-u.ac.jp/information/11484