| 研究課題/領域番号 |
26800195
|
|---|
| 研究機関 | 早稲田大学 |
|---|
研究代表者 |
長尾 全寛 早稲田大学, 理工学術院, 助手 (80726662)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| キーワード | 磁性 / 電子顕微鏡 / スピンエレクトロニクス / スキルミオン / 物性実験 |
|---|
| 研究実績の概要 |
B20型磁性体は、電子スピンを平行に揃えようとする強磁性相互作用と空間反転対称性が存在しないことに由来してスピンを傾けようとするジャロシンスキー・守谷相互作用の競合により螺旋磁気構造を持つ。螺旋磁気相に弱い磁場を印加すると磁気スキルミオンと呼ばれるナノスケールのトポロジカル磁気渦構造が現れる。スキルミオンは粒子としての性質を持つため6回対称の規則配列を示す。この状態はスキルミオン結晶と呼ばれている。磁気スキルミオン結晶は超低密度電流によって高速で移動可能であり、その電流密度の閾値は磁壁駆動に比べて5桁も小さいためスキルミオン一個を情報キャリアとして利用した低消費電力・高密度の磁気記録デバイスの実現が期待されている。磁気スキルミオンを応用する上でスキルミオン結晶の結晶性が良いことが重要であると考えられている。結晶性に関する研究は幾つか報告されているが、結晶性に変化を与えるパラメーターについてはこれまで明らかになっていない。今後、実用化に向けた材料開発を進めていく上でスキルミオン結晶の結晶性についての理解が必須である。そこで、B20型磁性体FeGeを対象としてGeサイトにSiを系統的に置換し、ローレンツ電子顕微鏡によりスキルミオン結晶性の変化を調べた。その結果、Siの増加と共にスキルミオン単結晶状態からスキルミオン多結晶状態へと変化を示し、ドメインサイズも減少していく様子が観察された。これは、Si置換により化学的無秩序性がスキルミオン結晶の結晶性に影響を与えていることを示している。また、温度を変化させてドメイン境界の振る舞いを観察したところ、ドメインの回転やドメイン境界の移動・形成・消滅などスキルミオン結晶のソフトな性質が明らかになった。これらの結果は、四つの学会・研究会において報告を行い、応用物理系の学術誌に掲載された。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の研究の目的はB20型磁性体の元素置換効果によって螺旋磁気構造とスキルミオンの変化を調べ、その特性を明らかにすることであった。平成26年度の研究において、B20型磁性体FeGeのGeサイトにSiを置換し、螺旋磁気構造とスキルミオン結晶についてローレンツ電子顕微鏡を用いて直接観察を行った。その結果、螺旋磁気構造の周期が短くなり、スキルミオンのドメインサイズが小さくなる現象が観察された。このことから化学的乱れがスキルミオンの配列に重要な影響を与えることが明らかになった。スキルミオン結晶の結晶性は電流誘起スキルミオン駆動に影響を与えると考えられており、この結果はスキルミオン・デバイスの実用化に向けた材料開発に重要な知見を与えるものである。さらに、ローレンツ電子顕微鏡は局所的な磁気構造の変化を直接観察できる利点があるため、温度変化によるドメイン境界の振る舞いを観察した。その結果、ドメインの回転やドメイン境界の移動・形成・消滅などスキルミオン結晶のソフトな性質を明らかにすることが出来た。
|
| 今後の研究の推進方策 |
平成26年度の研究はB20型磁性体の薄膜についての性質を明らかにした。近年、磁気スキルミオン・デバイスの実用化に向けて強磁性ナノワイヤーを用いた磁気レーストラックメモリの概念をスキルミオンに適用した研究が注目を集めており、ナノワイヤーはバルクや薄膜と性質が異なる結果が報告され始めている。そこで、平成27年度はB20型磁性体ナノワイヤーを対象にその特性解明に向けて研究を行っていく予定である。ナノサイズの試料を対象とするため、これまで主とする研究手法として用いてきたローレンツ電子顕微鏡観察は非常に有効な研究手法であると考えている。具体的には平成26年度に引き続き化学的置換効果を行うと共に、外部磁場・電流印加などにより螺旋磁気構造とスキルミオンの変化を直接観察し、磁気スキルミオン・デバイスの実用化に向けた研究を進める予定である。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
平成26年度は交付額のほぼ全額を使用したため研究を進めることが出来た。次年度使用額の35,702円が生じた理由は、Applied Physics Expressに論文が掲載された日程が平成26年度の予算執行期限の間近の2月であったため、念のため掲載費等に残しておいたためである。結果としては、請求書が予算執行期限を過ぎて送られたため使用しなかったというのが理由である。
|
| 次年度使用額の使用計画 |
使用額が35,702円と少額である。今年度、磁気構造解析用のパソコンを買ったが周辺機器が不足しているためその物品に当てる予定である。
|
