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2015 年度 実績報告書

スピン流によるスピン波変調と磁気秩序制御の原理実証

研究課題

研究課題/領域番号 26289229
研究機関東京工業大学

研究代表者

谷山 智康  東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 准教授 (10302960)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード磁性 / スピンエレクトロニクス
研究実績の概要

FeRh規則合金等に見られる反強磁性秩序と強磁性秩序が拮抗した特異な磁気秩序状態は、磁場を印加することでメタ磁性転移を引き起こすことが知られている。この磁気秩序状態にスピン偏極した電流や電荷の移動を伴わないスピン角運動量のみの流れ(スピン流)を外部から注入することで、磁気秩序が変調を受けると期待される。本研究では、スピン流等の外部摂動により磁気秩序を制御するための新手法の提案と実証を目的とする。

上記の目的を達成するために本年度は、H26年度に設置したベクトルネットワークアナライザーを用いてFeRh薄膜の強磁性状態において、スピン波を生成し、その検出を行った。具体的には、S21パラメータの計測からスピン波の伝播特性を評価した。その結果、FeRh中に生成した静磁表面弾性スピン波が20マイクロメートル以上のスピン波減衰長を持つことを観測することに成功した。この結果から、スピン流によるスピン波変調効果を計測することが十分に可能であることが確認された。一方、反強磁性FeRh/強磁性Co細線接合において、Coからスピン偏極電流の注入を行い、局所電気抵抗測定によりスピン偏極電流により誘起される反強磁性-強磁性転移を観測した。スピン偏極電流密度の増大とともに反強磁性-強磁性転移による電気抵抗の減少が顕著となることを見出し、さらに電流-電圧特性の離散的な変化から、FeRh細線中にスピン偏極電流により形成される反強磁性/強磁性界面の位置がBarkhausen的に非連続的に移動することを見出した。この結果はスピン蓄積もしくはスピントルク効果による磁気転移への影響として理解され、理論とも整合した結果となっている。

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

当初、強磁性状態におけるFeRh中では、Rhに起因するスピン軌道相互作用の影響により静磁表面弾性スピン波の減衰長が極端に小さい可能性があるため、スピン波を計測するためには素子構造の工夫の必要性を想定していたが、強磁性状態ではRhが磁気モーメントを持つことに起因して減衰長が極めて長距離に及ぶことを見出すことに成功した。当初計画では想定されていなかった結果を得ることができたため、上記の達成度と自己評価した。

今後の研究の推進方策

H27年度までに得られた、FeRhにおけるスピン波計測技術とスピン偏極電流による反強磁性-強磁性転移の結果を融合することで、スピン流による強磁性スピン波の変調効果を計測する。また、FeRhのメタ磁性転移の過渡過程におけるスピン流のスピン波への影響を調査する。加えて、H27年度に見出されたFeRhにおけるスピン流誘起メタ磁性転移の過渡過程を調査することで、スピン蓄積とスピントルク効果のいずれがメタ磁性転移により支配的な影響を与えているかの実験的な証拠を得る。以上により、スピン流がFeRhのメタ磁性転移に及ぼすダイナミクスとその起源について統一的に理解し、本研究を総括する。

次年度使用額が生じた理由

H27年度にFeRh薄膜の強磁性状態においてFeRh中に生成した静磁表面弾性スピン波が20マイクロメートル以上のスピン波減衰長を持つことを観測することに成功した。そのため、スピン波の減衰過程についてのより精密な計測をするためのスピン波計測装置の改良および測定用試料を作製するための材料費を次年度に繰り越す必要が生じた。

次年度使用額の使用計画

H27年度の未使用金とH28年度分として請求した研究費とを合わせて、当初計画を達成するためにH26年度に設置したスピン波計測装置のプローブ部分を改良することを計画している。また、FeRh等の試料作製用材料、真空部品、電子部品、その他消耗品を購入するための費用として活用する計画である。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Exchange coupling in metallic multilayers with a top FeRh layer2016

    • 著者名/発表者名
      S. Yamada, K. Tanikawa, J. Hirayama, T. Kanashima, T. Taniyama, K. Hamaya
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 6 ページ: 056115-1-6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4943606

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Barkhausen-like antiferromagnetic to ferromagnetic phase transition driven by spin polarized current2015

    • 著者名/発表者名
      I. Suzuki, T. Naito, M. Itoh, T. Taniyama
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 107 ページ: 082408-1-5

    • DOI

      doi: 10.1063/1.4929695

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Room temperature write-read operations in antiferromagnetic memory2015

    • 著者名/発表者名
      T. Moriyama, N. Matsuzaki, K. -J. Kim, I. Suzuki, T. Taniyama, T. Ono
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 107 ページ: 122403-1-4

    • DOI

      doi: 10.1063/1.4931567

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Low-temperature B2-ordering of Fe100-xRhx films on body-centered-cubic alloys2015

    • 著者名/発表者名
      S. Yamada, T. Tanikawa, J. Hirayama, K. Kanashima, T. Taniyama, K. Hamaya
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 92 ページ: 094416-1-7

    • DOI

      DOI: 10.1103/PhysRevB.92.094416

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] FeRh細線におけるスピン波励起とその組成依存性2016

    • 著者名/発表者名
      宇佐見 喬政, 鈴木 一平, 伊藤 満, 谷山 智康
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      仙台市・東北学院大
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-19
  • [学会発表] 反強磁性体FeRh細線における電流による磁区制御2016

    • 著者名/発表者名
      松崎 乃里子, 森山 貴広, Kab-Jin Kim, 鈴木 一平, 谷山 智康, 小野 輝男
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      仙台市・東北学院大
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-19
  • [学会発表] Atomic Ordering Dependence of Spin Wave Dispersion in Epitaxial Ferromagnetic FeRh Wires2016

    • 著者名/発表者名
      T. Usami, I. Suzuki, M. Itoh, T. Taniyama
    • 学会等名
      2nd Conference on Magnetism and Its Applications (MIA 2016)
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2016-03-01 – 2016-03-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Exchange Coupling in Epitaxially Grown Multilayers with B2-FeRh2016

    • 著者名/発表者名
      S. Yamada, K. Tanikawa, J. Hirayama, T. Kanashima, T. Taniyama, K. Hamaya
    • 学会等名
      MMM/Internmag 2016 Joint Conference
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      2016-01-15 – 2016-01-15
    • 国際学会
  • [学会発表] Write-Read Operations in Antiferromagnetic Memory Resistor2016

    • 著者名/発表者名
      N. Matsuzaki, T. Moriyama, K.-J. Kim, I. Suzuki, T. Taniyama, T. Ono
    • 学会等名
      MMM/Internmag 2016 Joint Conference
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      2016-01-14 – 2016-01-14
    • 国際学会
  • [学会発表] Excitation and Detection of Spin Waves in Ordered FeRh Thin Films2016

    • 著者名/発表者名
      T. Usami, I. Suzuki, M. Itoh, T. Taniyama
    • 学会等名
      MMM/Internmag 2016 Joint Conference
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      2016-01-12 – 2016-01-12
    • 国際学会
  • [学会発表] 反強磁性体FeRh細線における磁区制御と異方性磁気抵抗効果2015

    • 著者名/発表者名
      松崎 乃里子, 森山 貴広, Kab-Jin Kim, 鈴木 一平, 谷山 智康, 小野 輝男
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      吹田市・関西大学
    • 年月日
      2015-09-18 – 2015-09-18
  • [学会発表] Current Induced Antiferro-ferromagnetic Transition and Anisotropic Magnetoresistance in FeRh Nanowires2015

    • 著者名/発表者名
      H. Matsuzaki, T. Moriyama, M. Nagata, K.-J. Kim, I. Suzuki, T. Taniyama, T. Ono
    • 学会等名
      22nd International Colloqium on Magnetic Films and Surfaces (ICMFS)
    • 発表場所
      Cracow, Poland
    • 年月日
      2015-07-17 – 2015-07-17
    • 国際学会
  • [学会発表] Artficial Control of Magnetic Phase Transition of B2 Ordered FeRh-based Thin Films2015

    • 著者名/発表者名
      I. Suzuki, R. Iijima, T. Usami, J. Okada, M. Itoh, T. Taniyama
    • 学会等名
      New Perspectives in Spintronic and Mesoscopic Physics (NPSMP2015)
    • 発表場所
      Kashiwa, Japan
    • 年月日
      2015-06-10 – 2015-06-10
    • 国際学会
  • [備考] http://www.msl.titech.ac.jp/~itohlab/

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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