新奇スピン軌道トルクを用いた無磁場下での高効率垂直磁化反転の実証

使用新型自旋轨道扭矩演示无磁场下高效垂直磁化反转

基本信息

批准号：
19J01643
负责人：
日比野有岐
金额：
$ 7.16万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
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 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

電流印加によるスピン軌道トルクは新たな磁化制御技術であり、次世代の磁気メモリの書き込み手法への展開が期待されている。スピン軌道トルクの物理的背景は電荷-スピン流変換現象であり、非磁性材料におけるスピンホール効果を中心として盛んに研究されている。本研究では、非磁性材料に代わり強磁性材料を電流-スピン流変換現象の舞台として注目する。強磁性材料では、自身が磁化による付加的な対称性の破れを有していることから、異なる対称性を有したスピン流生成が可能となる。この新奇な電流-スピン流変換現象を用いたスピン軌道トルクを用いることで無磁場下での垂直磁化反転等の磁化ダイナミクスも期待され、本課題の目標となっている。本年度では昨年度にて確立した定量評価手法を駆使することで、膜面直方向に磁化した強磁性材料(垂直磁化材料)における電荷-スピン流変換機構の解明・高効率化に向けた指針探索を行った。まず、界面バンド構造制御を介した精密な評価を行った結果、垂直磁化材料と非磁性スペーサー層との界面にて生じる機構が支配的であることを見出し新奇スピン軌道トルクの生成効率を大きく向上させることに成功した。また、膜厚依存性から界面効果を抑制する方向に働く別の機構が働いていることが判明し、強磁性体内部に生じるスピンホール効果と磁化との交換相互作用によって生じるバルク由来の新たな機構を提唱した。本成果は現在論文投稿中である。また、垂直磁化材料として用いたCo/Ni多層膜が比較的大きなスピンホール効果が生じていることに着想を得て、ニッケルにおけるスピンホール効果の定量評価を行った。その結果、アモルファス構造を有したNi合金にて重金属元素と同程度のスピンホール効果が生じることを明らかにし、重金属フリーかつ高効率なスピンホール材料を提案することに成功した。

通过施加电流的自旋轨道扭矩是一种新的磁化控制技术，有望用作下一代磁存储器的写入方法。自旋轨道力矩的物理背景是电荷-自旋电流转换现象，人们对非磁性材料中的自旋霍尔效应的研究非常活跃。在这项研究中，我们重点关注铁磁材料而不是非磁性材料作为电流-自旋电流转换现象的阶段。由于铁磁材料本身由于磁化而具有额外的对称性破缺，因此有可能产生具有不同对称性的自旋电流。通过使用这种新颖的电流-自旋电流转换现象的自旋轨道扭矩，可以预期在没有磁场的情况下出现垂直磁化反转等磁化动力学，这是该项目的目标。今年，我们将充分利用去年建立的定量评估方法，探索阐明和提高垂直于薄膜表面磁化的铁磁材料（垂直磁化材料）的电荷自旋电流转换机制的指南。首先，通过界面能带结构控制的精确评估，我们发现垂直磁化材料和非磁性间隔层之间的界面发生的机制占主导地位，大大提高了新型自旋轨道扭矩的产生效率。这样做。此外，还发现另一种机制在起作用，由于膜厚度依赖性而抑制了界面效应，并且由于自旋霍尔效应和铁磁体内部磁化强度之间的交换相互作用，发现了一种新的体衍生机制。提出了一个机制。该结果目前正在提交出版。此外，受到用作垂直磁化材料的Co/Ni多层薄膜具有较大的自旋霍尔效应的启发，我们对镍中的自旋霍尔效应进行了定量评估。结果表明，在非晶结构的镍合金中会产生与重金属元素相当的自旋霍尔效应，并成功提出了不含重金属的高效自旋霍尔材料。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Charge-to-spin Conversion in Perpendicularly Magnetized Ferromagnetic Materials

垂直磁化铁磁材料中的电荷到自旋转换

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Hibino; T. Taniguchi; K. Yakushiji; A. Fukushima; H. Kubota; S. Yuasa
通讯作者：
S. Yuasa

Spin-Orbit torque generated from perpendicularly magnetized ferromagnet

垂直磁化铁磁体产生的自旋轨道扭矩

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Hibino; T. Nakano; K. Yakushiji; A. Fukushima; H. Kubota;S. Yuasa
通讯作者：
S. Yuasa

Spin-orbit precession effect in a Py/Pt/Co tri-layer structure detected by ferromagnetic resonance

铁磁共振检测 Py/Pt/Co 三层结构中的自旋轨道进动效应

DOI：
10.35848/1882-0786/aba0dc
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
2.3
作者：
Hibino Yuki;Moriyama Takahiro;Hasegawa Kento;Koyama Tomohiro;Ono Teruo;Chiba Daichi
通讯作者：
Chiba Daichi

Spin-orbit torque generated by spin-orbit precession effect in Py/Pt/Co tri-layer structure

Py/Pt/Co三层结构中自旋轨道进动效应产生的自旋轨道扭矩