高周波スピントロニクスの研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23226001
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 鈴木 義茂 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (50344437)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水落 憲和 京都大学, 化学研究所, 教授 (00323311) ; 三輪 真嗣 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (20609698) ; 久保田 均 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, チーム長 (30261605) ; 今村 裕志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, チーム長 (30323091) ; 白石 誠司 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30397682)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: スピントロニクス / 磁気共鳴 / ダイオード / スピントルク / 磁気異方性

Outline of Annual Research Achievements

1.高性能スピントルク発振器(STO)の研究：4つのボルテックス型STO素子の相互位相同期発振と出力の増大を世界で初めて実証し、電気的接続により目標値である100マイクロワットを超える出力を実現できる技術を得た。外部PLL回路を用いた位相同期回路を改良し，ジッターを9psにまで低減した。既に実験で高い周波数の発振出力の確認を行っていたソンブレロ型STO(測定器の制限で66GHzまで実測)についてシミュレーションを行い、実験で見られた素子では目標値である100GHzを超える130GHzの10次高調波が発生していることを示した。面直磁化自由層・面内磁化参照層を持つSTについて理論計算を行い、自由層が２次の磁気異方性を持つ場合にはゼロ磁界でのスピントルク発振が可能であることを示した。

2.超高感度磁場センサーの研究：二重共鳴検出法について解析的な理論式を導いた。LLG方程式において熱撹乱の効果を評価する際に伊藤積分およびストラトノヴィッチ積分の厳密な対応を利用すると、弱収束と強収束の正確な評価が可能であることを見出し数値計算による実証を行った。ダイヤモンドのNVセンターについて磁場感度測定を行った。またNVセンターのスピン状態をレーザー照射をしない条件下で電気的に検出することに初めて成功した。

3.超高感度スピントルクダイオードの研究：Feナノ粒子の磁気共鳴検出をホール素子構造で行った結果、異常ホール効果を用いたスピントルクダイオード効果は、異方性磁気抵抗効果および積層構造のスピントルクダイオード効果よりも高感度にナノ粒子の磁気共鳴を検出できることを見出した。分子系においてはモデル材料であるグラフェンに強磁性共鳴を用いてスピン流を注入した。その結果、イオンゲートと組み合わせることでグラ フェンのフェルミ準位と、スピンホール角の関係を明らかにした。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Remarks

プレス発表 発表日2015年12月14日"磁気抵抗素子を用いたマイクロ波発振器の周波数安定性化に成功"田丸 慎吾、久保田 均、福島 章雄、薬師寺 啓，産業技術総合研究所

Research Products

• [Journal Article] Gate-tunable spin-charge conversion and a role of spin-orbit interaction in graphene (2016)
  • Author(s): S. Dushenko, M. Shiraishi他
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 0 Pages: -
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Analysis of phase noise in a spin torque oscillator stabilized by phase locked loop (2016)
  • Author(s): S.Tamaru, H. Kubota, K. Yakushiji, A. Fukushima, S. Yuasa
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: in press Pages: in press
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Analytical expression for critical frequency of microwave assisted magnetization switching (2016)
  • Author(s): H. Arai, H. Imamura
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 55 Pages: 028002-1,-3
  • DOI: 10.7567/JJAP.55.028002
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 高周波スピントロニクスデバイス (2016)
  • Author(s): 久保田均、田丸慎吾、常木澄人、薬師寺啓、福島章雄、三輪真嗣、鈴木義茂
  • Journal Title: 月刊化学工業 Volume: 63(3) Pages: 173-180
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Study of spin dynamics and damping on the magnetic nanowire arrays with various nanowire widths (2016)
  • Author(s): J. Cho, Y. Fujii, K. Konishi, J. Yoon, N.-H. Kim, J. Jung, S. Miwa, M.-H. Jung, Y. Suzuki, C.-Y. You
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume: 409 Pages: 99-103
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2016.02.090
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Magnetostatic Spin Wave in a Very Thin CoFeB Film Grown on an Amorphous FeZr Buffer Layer (2016)
  • Author(s): D. Kim, K.Nawaoka, S. Miwa, S.- Y. Park, Y. Shiota, C.- Y. You, J. Cho, B.- C. Lee, Y. Suzuki, K. Rhie,
  • Journal Title: J. Korean. Phys. Soc. Volume: 67,5 Pages: 906-910
  • DOI: 10.3938/jkps.67.906
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Tunneling Anisotropic Magnetoresistance in Fe Nanoparticles (2016)
  • Author(s): T.V. PHAM, S. MIWA, Y. SUZUKI
  • Journal Title: Journal of ELECTRONIC MATERIALS Volume: 45-5 Pages: 2597-2600
  • DOI: 10.1007/s11664-016-4428-2
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Voltage induction of interfacial Dzyaloshinskii–Moriya interaction in Au/Fe/MgO artificial multilayer (2015)
  • Author(s): K. Nawaoka, S. Miwa, Y. Shiota, N. Mizuochi, Y. Suzuki
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 8 Pages: 063004-1, -4
  • DOI: 10.1063/1.4929682
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Tunnel anisotropic magnetoresistance in CoFeBjMgOjTa junctions (2015)
  • Author(s): S. Hatanaka, S. Miwa, K. Matsuda, K. Nawaoka, K. Tanaka, H. Morishita, M. Goto, N. Mizuochi, T. Shinjo, and Y. Suzuki
  • Journal Title: 10.1063/1.4929682 Volume: 107 Pages: 082407-1, -4
  • DOI: 10.1063/1.4929682
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Extremely Coherent Microwave Emission from Spin Torque Oscillator Stabilized by Phase Locked Loop (2015)
  • Author(s): S. Tamaru, H. Kubota, K. Yakushiji, S.Yuasa, A. Fukushima
  • Journal Title: Scientific Reports, Volume: 5 Pages: 18134-1, -6
  • DOI: DOI: 10.1038/srep18134
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Spin-torque-induced oscillation at zero bias field in a magnetoresistive nanopillar with a free layer with first- and second-order uniaxial anisotropy (2015)
  • Author(s): H. Arai, R. Matsumoto, S. Yuasa, H. Imamura
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 8 Pages: 083005-1,-4
  • DOI: 10.7567/APEX.8.083005
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Critical damping constant of a spin torque oscillator with a perpendicularly magnetized free layer and an in-plane magnetized reference layer (2015)
  • Author(s): H. Arai, R. Matsumoto, S. Yuasa, H. Imamura
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 92 Pages: 220403-1,-4
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.92.220403
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Electrically mutual synchronization in vortex-type spin torque oscillators, (2016)
  • Author(s): 常木澄人、久保田均、薬師寺啓、福島章雄、湯浅新治
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-21 – 2016-06-21
• [Presentation] Enhancement of emission power in vortex spin torque oscillator (2016)
  • Author(s): 常木澄人、久保田均、薬師寺啓、福島章雄、湯浅新治
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-19
• [Presentation] 面直自由層を持つスピントルク発振器における臨界減衰定数 (2016)
  • Author(s): 今村 裕志
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-19
• [Presentation] スピントルク発振器における位相同期 (2016)
  • Author(s): 常木澄人、久保田均、薬師寺啓、福島章雄、湯浅新治
  • Organizer: 高周波スピントロニクス研究会
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2016-02-22 – 2016-02-22
• [Presentation] Investigation of the emission power of the MgO-based spin-torque oscillators with different diameters (2016)
  • Author(s): B. Wang, H. Kubota, K. Yakushiji, S. Tamaru, A. Fukushima, S. Yuasa
  • Organizer: High-frequency spintronics workshop
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2016-02-22 – 2016-02-22
• [Presentation] ダイヤモンドNV中心を用いた磁気センサの現状 (2016)
  • Author(s): 水落憲和
  • Organizer: 高周波スピントロニクス研究会
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2016-02-22 – 2016-02-22
  • Invited
• [Presentation] 高感度スピントルクダイオードとその後の進展 (2016)
  • Author(s): 三輪真嗣
  • Organizer: 高周波スピントロニクス研究会
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2016-02-22 – 2016-02-22
  • Invited
• [Presentation] Voltage modulation of interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction at Fe|MgO interface (2016)
  • Author(s): 縄岡孝平
  • Organizer: 高周波スピントロニクス研究会
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2016-02-22 – 2016-02-22
• [Presentation] 二次の結晶磁気異方性を用いたスピントルク発振素子の理論研究 (2016)
  • Author(s): 荒井礼子
  • Organizer: 高周波スピントロニクス研究会
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2016-02-22 – 2016-02-22
  • Invited
• [Presentation] スピントロニクスに関わる製造技術 (2016)
  • Author(s): 前原大樹
  • Organizer: 高周波スピントロニクス研究会
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2016-02-22 – 2016-02-22
  • Invited
• [Presentation] ナノ磁石によるGHz帯高周波発振器 (2016)
  • Author(s): 田丸慎吾，久保田均，福島章雄
  • Organizer: ナノテク展2016
  • Place of Presentation: 東京ビックサイト（東京都・江東区）
  • Year and Date: 2016-01-27 – 2016-01-29
• [Presentation] Self-synchronization on spin torque oscillator having perpendicularly magnetized free layer (2016)
  • Author(s): 常木澄人、久保田均、薬師寺啓、福島章雄、湯浅新治
  • Organizer: The 13th Joint MMM-Intermag Conference
  • Place of Presentation: Sandiego, USA
  • Year and Date: 2016-01-15 – 2016-01-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tunnel anisotropic magnetoresistance in CoFeB|MgO|Ta junctions. (2016)
  • Author(s): S. Hatanaka, S. Miwa, K. Matsuda, K. Nawaoka,K. Tanaka, H. Morishita, M. Goto, N. Mizuochi, Y. Suzuki
  • Organizer: 2016 Joint MMM-Intermag Conference
  • Place of Presentation: Sandiego, USA
  • Year and Date: 2016-01-14 – 2016-01-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] zero-field spin-torque-induced oscillation of a perpendicularly magnetized free layer having first- and second- order uniaxial anisotropy (2016)
  • Author(s): 荒井 礼子
  • Organizer: MMM-Intermag 2016 Joint conference
  • Place of Presentation: Sandiego, USA
  • Year and Date: 2016-01-11 – 2016-01-11
• [Presentation] Tunneling anisotropic magnetoresistance in Fe nanoparticles embedded in an MgO matrix (2015)
  • Author(s): T. V. Pham, S. Miwa, Y. Suzuki,
  • Organizer: IWNN2015(International Workshop on Nanoscience and Nanotechnology)
  • Place of Presentation: Pullman Resort, Da-Nang, Viet Nam
  • Year and Date: 2015-11-02 – 2015-11-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Theoretical Sensitivity in Magnetic Field Sensors using a Spin-torque Oscillator (2015)
  • Author(s): Y. Suzuki, A. Tulapurkar, H. Tomita, E. Tamura, H. Kubota, S. Miwa, A. Fukushima, S.Yuasa
  • Organizer: SSDM2015 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • Place of Presentation: 札幌国際会議場（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2015-09-29 – 2015-09-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Generation of highly stable microwave from a spin torque oscillator by phase locked loop (2015)
  • Author(s): S. Tamaru, H. Kubota, K. Yakushiji, A. Fukushima, S. Yuasa
  • Organizer: Solid State Devices and Materials (SSDM) 2015
  • Place of Presentation: 札幌国際会議場（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2015-09-29 – 2015-09-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 面直自由層を持つスピントルク発振器における 二次の異方性の効果 (2015)
  • Author(s): 荒井 礼子
  • Organizer: 日本物理学会2015秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府・吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-18 – 2015-09-18
• [Presentation] Gate tunable spin-charge conversion in a single-layer graphene (2015)
  • Author(s): S. Dushenko、白石誠司他
  • Organizer: 2015年日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府・吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-17 – 2015-09-17
• [Presentation] スピントルク発振素子を電圧制御発振器として用いたフェーズ ロックドループの開発 (2015)
  • Author(s): 田丸慎吾，久保田均，他
  • Organizer: 第39回日本磁気学会学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県・名古屋市）
  • Year and Date: 2015-09-15 – 2015-09-15
• [Presentation] スピントルク発振器における自己同期現象， (2015)
  • Author(s): 常木澄人、久保田均、薬師寺啓、福島章雄、湯浅新治
  • Organizer: 第39回 日本磁気学会学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県・名古屋市）
  • Year and Date: 2015-09-15 – 2015-09-15
• [Presentation] Spin-charge conversion modulation via ionic liquid gate in a single-layer graphene (2015)
  • Author(s): S. Dushenko、白石誠司他
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県・名古屋市）
  • Year and Date: 2015-09-14 – 2015-09-14
• [Presentation] Investigation of the emission power and Q factor of the MgO-based spin-torque oscillators with different diameters (2015)
  • Author(s): B. Wang, H. Kubota, K. Yakushiji, S. Tamaru, A. Fukushima, S. Yuasa
  • Organizer: 76th JSAP Autumn Meeting
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県・名古屋市）
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Zero-bias field spin-torque oscillator having a perpendicularly magnetized free layer with second-order uniaxial anisotropy and in-plane magnetized reference layer (2015)
  • Author(s): 荒井 礼子
  • Organizer: International colloquium on magnetic films an surfaces (ICMFS2015)
  • Place of Presentation: Cracow, Poland
  • Year and Date: 2015-07-16 – 2015-07-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Self-synchronization and reduction of critical current of spin torque oscillator using delayed feedback injection locking (2015)
  • Author(s): 常木澄人、久保田均、薬師寺啓、福島章雄、湯浅新治
  • Organizer: 22nd International colloquium on magnetic films and surfaces
  • Place of Presentation: Cracow, Poland
  • Year and Date: 2015-07-15 – 2015-07-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Diameter dependence of the emission power and Q factor in the MgO-based spin-torque oscillators (2015)
  • Author(s): B. Wang, H. Kubota, K. Yakushiji, S. Tamaru, A. Fukushima, S. Yuasa
  • Organizer: 22nd International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces (ICMFS)
  • Place of Presentation: Cracow, Poland
  • Year and Date: 2015-07-12 – 2015-07-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Self-injection on vortex spin torque oscillator using a delayed feedback circuit (2015)
  • Author(s): 常木澄人、久保田均、薬師寺啓、福島章雄、湯浅新治
  • Organizer: 20th International conference on magnetism
  • Place of Presentation: Balcelona,Spain
  • Year and Date: 2015-07-07 – 2015-07-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Towards voltage driven MRAM-- Targets and hurdles -- (2015)
  • Author(s): Y. Suzuki
  • Organizer: The 1st ImPACTInternational Symposium on Spintronic Memory, Circuit and Storage
  • Place of Presentation: 平成プラザ（東京都・江東区）
  • Year and Date: 2015-06-21 – 2015-06-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Generation of highly stable 7.344 GHz microwave from a spin torque oscillator by 153-MHz-reference phase locked loop (2015)
  • Author(s): S. Tamaru, H. Kubota,他
  • Organizer: INTERMAG 2015 conference
  • Place of Presentation: Beijin, China
  • Year and Date: 2015-05-12 – 2015-05-12
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 鈴木研究室ホームページ
  • URL: http://www.suzukiylab.mp.es.osaka-u.ac.jp/kiban_s/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 高周波位相同期発振回路 (2015)
  • Inventor(s): 福島 章雄 、田丸 慎吾、久保田 均、湯浅 新治
  • Industrial Property Rights Holder: 福島 章雄 、田丸 慎吾、久保田 均、湯浅 新治
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2015-093384
  • Filing Date: 2015-04-30