Highly efficient magnetic domain wall motion driven by spin-orbit torque in rare-earth free single crystal nitrides.

无稀土单晶氮化物中自旋轨道扭矩驱动的高效磁畴壁运动。

• 批准号: 21J10330
• 负责人: 小森 太郎
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J10330/
• 关键词: スピントロニクス; 電流駆動磁壁移動; 分子線エピタキシー; 窒化物材料

研究代表者はマンガン系窒化物薄膜で、スピン軌道トルクを利用した高効率な電流駆動磁壁移動の達成を目指した。2022年2月より、共同研究先かつ提携大学院であるグルノーブルアルプ大学/CEA (フランス)に渡航し、筑波大学で成膜した高品質な単結晶マンガン窒化物薄膜を細線に加工し、電流駆動磁壁移動実験を遂行した。研究代表者はスピン軌道トルクの利用に必要なプラチナが堆積されたマンガン窒化物薄膜において、最高で400m/sの磁壁移動速度を電流のみによって記録した。しかしこの記録は、プラチナ層を堆積していない、スピン移行トルクのみによって達成された速度より遅いものであった。研究者は、面内磁場下での電流及び面直磁場による磁区の拡大や磁壁移動について調べることで、上記の結果の差異の解明を試みた。結果として、滞在中で行った実験からは、スピン軌道トルクによる磁壁移動への寄与は確認されなかった。また、電流印加による細線内での磁区の核発生が比較的容易に発生するという結果も得られた。このことから、研究者は磁壁移動速度に差異が生じた理由を、細線内の電流の殆どがPtに流れており、そのPtが放出するジュール熱によって隣接するマンガン系窒化物薄膜の熱攪乱が生じたためと考察した。このため、今後の共同研究計画としては、プラチナ同様にスピン軌道トルクの利用に寄与し、プラチナよりも抵抗率が大きいタングステンの活用を検討する。また、二次イオン質量法により、重金属とマンガン界面で合金の形成の有無を確認し、必要に応じてマンガン系窒化物上への重金属のスパッタ条件についても最適化を行う。

Research representatives は マ ン ガ ン is smothering compound film で, ス ピ ン orbit ト ル ク を using し た high rate of unseen な current 駆 magnetic wall move の reached を refers し た. In February 2022 よ り and common research first か つ affirmative で college あ る グ ル ノ ー ブ ル ア ル プ university/CEA (フ ラ ン ス) に tayouan し, university of tsukuba で film-forming し た high-quality な 単 crystallization マ ン ガ ン smothering を thread compound film に processing し, current 駆 magnetic wall move be 験 を carries out し た. Research representatives は ス ピ ン orbit ト ル ク の use に な necessary プ ラ チ ナ が accumulation さ れ た マ ン ガ ン smothering compound film に お い て, highest で magnetic wall movement speed 400 m/s の を current の み に よ っ て record し た. し か し こ の record は, プ ラ チ ナ accumulation layer を し て い な い, ス ピ ン transitional ト ル ク の み に よ っ て reached さ れ た speed よ り 遅 い も の で あ っ た. Researchers は, in-plane magnetic field で の current and び surface direct magnetic field に よ る magnetic の mobile company, a large や magnetic wall に つ い て adjustable べ る こ と で, written の results の difference の interpret を try み た. Results と し hysteresis in line で っ て, た be 験 か ら は, ス ピ ン orbit ト ル ク に よ mobile magnetic wall る へ の send confirm with は さ れ な か っ た. The また and current Inca による are relatively easy to generate が in the で <s:1> magnetic domain <e:1> nucleus within the thin line. Youdaoplaceholder4 can generate すると う う, and the result of う is られた. こ の こ と か ら magnetic wall movement speed, the researchers は に differences born が じ た の within reason を, fine line current の perilous ど が Pt に flow れ て お り, そ の Pt が release す る ジ ュ ー ル hot に よ っ て 隣 meet す る マ ン ガ ン is smothering compound film の hot upset が raw じ た た め と investigation し た. こ の た め, の joint research project in the future と し て は, プ ラ チ ナ with others に ス ピ ン orbit ト ル ク の using に send and し, プ ラ チ ナ よ り も resistance が big き い タ ン グ ス テ ン の use を beg す 検 る. ま た, secondary イ オ ン quality standard に よ り, heavy metal と マ ン ガ ン interface で alloy の の を confirm し, necessary に 応 じ て マ ン ガ ン smothering chloride fasten へ の heavy metal の ス パ ッ タ conditions に つ い て も optimization う を line.

项目成果

Reversal of domain wall motion at angular momentum compensation point in ferrimagnetic Mn4-xNixN

亚铁磁 Mn4-xNixN 中角动量补偿点磁畴壁运动的反转

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Komori;S. Ghosh;A. Hallal;J. P. Garcia;T. Gushi;T. Hirose;H. Mitarai;H. Okuno;J. Vogel;M. Chshiev;L. Vila;T. Suemasu;S. Pizzini;J.-P. Attane
• 通讯作者: J.-P. Attane

Growth of the Mn4N epitaxial film with the gradient and the cap and substrate dependence of the properties in the ultrathin region

超薄区域中 Mn4N 外延膜的梯度生长以及帽层和衬底特性的依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: Taro Komori;Haruka Miatrai;Tomohiro Yasuda;Takumi Horiuchi;Kaoru Toko;Takashi Suemasu
• 通讯作者: Takashi Suemasu

Current induced domain wall motion in Mn4-xNixN benefited from the compensation at room temperature

Mn4-xNixN 中电流引起的畴壁运动受益于室温补偿

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Komori;S. Ghosh;A. Hallal;J. P. Garcia;T. Gushi;T. Hirose;H. Mitarai;H. Okuno;J. Vogel;M. Chshiev;J.-P. Attane;L. Vila;T. Suemasu;and S. Pizzini
• 通讯作者: and S. Pizzini

Magneto-transport properties in Mn4-xNixN films with large current induced domain wall mobility and investigation in their large anomalous Hall effect

大电流诱导畴壁迁移率Mn4-xNixN薄膜的磁输运特性及其大反常霍尔效应研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Taro Komori;Haruka Mitarai;Kaoru Toko;Takashi Suemasu
• 通讯作者: Takashi Suemasu

Current induced domain wall motion in comepnsated Mn4-xNixN at room temperature and Ni composition ratio dependence of the properties

室温下补偿 Mn4-xNixN 中电流引起的畴壁运动以及性能的 Ni 成分比依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Komori;S. Ghosh;A. Hallal;J. P. Garcia;T. Gushi;T. Hirose;H. Mitarai;H. Okuno;J. Vogel;M. Chshiev;L. Vila;T. Suemasu;S. Pizzini;J.-P. Attane
• 通讯作者: J.-P. Attane