2019 Fiscal Year Annual Research Report
スピン軌道トルクによるハーフメタル強磁性体磁化制御とそのデバイス応用
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17H03225
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
植村 哲也 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (20344476)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 憲治 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (50360946)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | スピン軌道相互作用 / ハーフメタル強磁性体 / スピン軌道トルク / 強磁性トンネル接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，スピン軌道相互作用の大きい非磁性層と，スピン偏極率が本質的に100%となるハーフメタル強磁性体からなる積層構造において生じるスピン軌道トルク(SOT)を利用した，ハーフメタル強磁性体磁化制御技術を確立し，高速性・低消費電力性に優れた新規スピントロニクスデバイスを実現することである．具体的には，優れたハーフメタル性が実証されているCo基ホイスラー合金を電極とした強磁性トンネル接合(MTJ)と強いスピン軌道相互作用を有する非磁性材料を組み合わせた，新規磁気抵抗素子ならびに高周波自励発振デバイスを開拓する．
昨年度までに，Co基ホイスラー合金のCo2MnSiとTaからなる二層膜をMTJの磁化自由層に組み込んだ３端子型MTJを開発し，Co2MnSiに対するSOT磁化反転を実証するとともにその基本特性を明らかにした．今年度は，垂直磁化特性を有するCo基ホイスラー合金に対するSOT磁化反転を実証した．Co2MnSiに垂直磁化特性を付与するために，強い垂直磁気異方性を有する強磁性材料であるMnGaとの交換結合を利用した．これまでに，MnGa/Co2MnSi二層膜において，Co2MnSiとMnGaは反強磁性的に結合し，Co2MnSiに垂直磁化特性が発現することを見出していたが，今年度はこのMnGa/Co2MnSi二層膜に対するSOT磁化反転の実証とその基本特性の解明を行った．その結果，反強磁結合した二層膜では，MnGa単層膜に比べ，SOTの有効磁場の大きさがおよそ5倍大きくなり，より高効率なSOT磁化反転が可能であることがわかった．
以上により，ハーフメタル強磁性体のCo基ホイスラー合金に対するSOT磁化反転を活用した高速性・低消費電力性に優れた新規スピントロニクスデバイスの基盤技術を確立し，本研究課題の目的を達成した．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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