Development of an innovative spin torque oscilator using highly efficient thermal spin injection

使用高效热自旋注入开发创新的自旋扭矩振荡器

• 批准号: 19J12778
• 负责人: 有木 大晟
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J12778/
• 关键词: 熱スピン注入; スピントルク発振器; ジュール熱

本研究の目的は、高効率な熱スピン注入技術を用いて、スピントルク自励発振現象の高性能化を実現することである。電流を使わず、熱のみでスピン流を生成することで、電流誘導磁場の影響を完全に回避され、マイクロメートル以上のサイズの磁性層の発振が可能となる。本研究では、極めて高い出力を有するスピントルク発振器が実現する。更に、発振周波数の制御性の向上や発振層のアレイ化による周波数分散の向上など、熱スピン注入がもたらす様々な技術革新により発振特性を向上させ、スピントルク発振器の高性能化を実現する。更に、本研究で開発した高効率熱スピン注入技術を他のスピンデバイスにも適用し、各種スピン流物性現象メカニズムの詳細な解明やスピンデバイスの多機能化等など、熱スピン注入でのみ実現可能な機能創出も目指す。初年度である本年度は、スピン注入源に熱を効率よく加えるための素子構造や電流印加法を探索した。そのために、非局所スピンバルブを用いて、強磁性細線からの異常ネルンスト効果を高感度・高精度に評価できる手法を開発し、ネルンスト信号から温度勾配や絶対温度を測定した。その結果、線幅の変化による温度上昇の変化が、ジュール熱に比例することが明瞭に確認され、本手法の有効性を確認した。さらに本手法を多層膜へと拡張することで、スピンホール効果とネルンスト効果が融合された信号が得られることを確認するとともに、磁気抵抗測定下においても、特徴的な非対称信号を得ることに成功した。

本研究的目的是利用高效热自旋注入技术来改善自旋扭矩自振荡现象的性能。通过仅使用热量而不使用电流来产生自旋电流，完全避免了电流感应磁场的影响，使得可以使微米或更大尺寸的磁性层振荡。在这项研究中，将实现具有极高输出的自旋扭矩振荡器。此外，热自旋注入带来的各种技术创新，例如通过排列振荡层来提高振荡频率的可控性和改善频率分散性，将改善振荡特性并实现更高性能的自旋扭矩振荡器。此外，我们还将本研究开发的高效热自旋注入技术应用到其他自旋器件中，阐明各种自旋流物理现象的详细机制，并使自旋器件实现只有热自旋注入才能实现的多功能化。旨在创造新的功能。今年，即第一年，我们探索了元件结构和当前的应用方法，以有效地将热量应用于自旋注入源。为此，我们开发了一种使用非局域自旋阀以高灵敏度和高精度评估铁磁线的反常能斯特效应的方法，并测量了能斯特信号的温度梯度和绝对温度。结果，清楚地证实了由于线宽变化而引起的温升变化与焦耳热成正比，从而证实了该方法的有效性。此外，通过将该方法扩展到多层膜，我们证实可以获得结合自旋霍尔效应和能斯特效应的信号，并且即使在磁阻测量下，我们也成功地获得了特征不对称信号。

项目成果

Asymmetric nonlocal signal induced by thermoelectric effects in a lateral spin valve

• DOI: 10.1016/j.physe.2019.113738
• 发表时间: 2020-03
• 期刊: Physica E-low-dimensional Systems & Nanostructures
• 影响因子: 3.3
• 作者: N. Asam;Taisei Ariki;T. Kimura