2018 Fiscal Year Annual Research Report
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17J08858
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
奥野 尭也 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 磁壁 / フェリ磁性体 / スピン移行トルク / 磁気共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁壁移動を含む一般の磁化ダイナミクス現象を特徴づける重要なパラメータの一つに、ギルバート・ダンピング定数が挙げられる。初年度の研究では、フェリ磁性体の磁壁に対して電流誘起のスピン移行トルクが与える効果を解明することに成功した。その際の解析において、磁壁移動速度を記述する理論式に現れたダンピング定数が温度に依存しないと仮定した。一方で、先行研究によると、フェリ磁性体のダンピング定数は温度に依存して変化し、角運動量補償温度TAで発散すると報告されている。この矛盾を解決し初年度の研究結果を裏付けるため、本年度は、磁気共鳴法を利用することによって、フェリ磁性体のダンピング定数の温度依存性を検証した。
フェリ磁性薄膜GdFeCo/Ptを素子加工し、ホモダイン検波を利用してスピントルク誘起のフェリ磁性共鳴を様々な温度において観測した。その結果、フェリ磁性共鳴ピークの半値幅が温度に強く依存することが観察された。強磁性共鳴の式を用いて半値幅から計算したダンピング定数α1は、温度がTAに近づくに伴って増大し、先行研究と合致する。一方で、フェリ磁性共鳴の式を導出して解析したダンピング定数α2は、温度に対してほとんど変化しないことが明らかになった。このことは、フェリ磁性体のダンピング定数α2が温度にほとんど依存しないこと、そしてフェリ磁性共鳴ピークの半値幅の温度依存性（α1が表している）は磁化ダイナミクスの温度依存性に起因することを意味している。本研究によって、フェリ磁性体のダンピング定数が温度に依存しないことが実証され、初年度の研究の妥当性が裏付けられた。
本研究の意義は、フェリ磁性共鳴の物理的機構を実験・理論の両面から解明した点にある。フェリ磁性体のダンピング定数がTAで発散するという従来の知見を改めた点で、本研究はフェリ磁性体に関する重要な学術的知見を与えるものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題は、次世代型磁気メモリとして期待されている「磁壁レーストラックメモリ」の実現を、従来研究されてきた強磁性体の代わりにフェリ磁性体を利用することによって目指すものである。初年度の研究において、フェリ磁性体磁壁に対するスピン移行トルクの発現機構を実験的および理論的に解明した。さらに、本年度の研究では、初年度の結果を裏付けるために、フェリ磁性体のダンピング定数が温度に依存しないことをフェリ磁性共鳴の実験と理論から明らかにした。以上2年間の研究成果は、必ずしも「磁壁レーストラックメモリ」の実現に直接結びつくものではない。しかしながら、フェリ磁性体の磁化ダイナミクスに関して計画段階では想定していなかった重要な学術的知見が得られ、将来のフェリ磁性体デバイスの設計・開発をする基盤となる点において、十分インパクトのある研究成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの2年間で、フェリ磁性体磁壁に対するスピン移行トルクの発現機構を解明し、またフェリ磁性体のダンピング定数が温度に依存しないことを磁気共鳴から実証した。しかしながら、磁場駆動[Nat. Mater. 16, 1187 (2017).]やスピン軌道トルク駆動[Phys. Rev. Lett. 121, 057701 (2018); Nat. Nanotechnol. 13, 1154 (2018).]で観測された高速な磁壁移動は、スピン移行トルク駆動では実現が困難であることが示唆された。そこで3年目は、フェリ磁性体でのスピン移行トルクによる高速磁壁移動の観測から、一般のフェリ磁性ダイナミクスの解明へと研究の重心を移し、以下の二点を指針として研究を進める予定である。第一に、2年目に得られたフェリ磁性共鳴の実験結果を、角運動量補償温度を含む広い温度領域で観測することで、本結果の妥当性を裏付ける直接的な実験証拠を得る。第二に、スピン軌道トルクによるフェリ磁性体の磁化反転を、短パルス電流で誘起することにより、フェリ磁性ダイナミクスの時間発展について考察する。このようにして、フェリ磁性体の反強磁性的な磁化ダイナミクスの機構を解明する。
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[Journal Article] Low Magnetic Damping of Ferrimagnetic GdFeCo Alloys2019
Author(s)
Duck-Ho Kim, Takaya Okuno, Se Kwon Kim, Se-Hyeok Oh, Tomoe Nishimura, Yuushou Hirata, Yasuhiro Futakawa, Hiroki Yoshikawa, Arata Tsukamoto, Yaroslav Tserkovnyak, Yoichi Shiota, Takahiro Moriyama, Kab-Jin Kim, Kyung-Jin Lee, Teruo Ono
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 122
Pages: 127203-1, 6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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