磁気スカーミオンを用いた非平衡熱力学の構築

使用磁性斯格明子构建非平衡热力学

• 批准号: 20K14419
• 负责人: 杉本 聡志
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14419/
• 关键词: スピントロニクス; 磁気スカーミオン; 機械学習; 希土類金属間化合物; 磁気イメージング; ホイスラー合金; トポロジカル効果; 磁性; 表面・界面; 金属; 統計物理学

磁気スカーミオンは、小型・低エネルギー化が可能となるトポロジカル特性を示す磁区構造である。 本研究では、薄膜ヘテロ構造に安定化するスカーミオンの非線形応答に着目し、物性モデルの新規構築やデバイス応用を目指す。並行して、デバイス実装に適した安定化材料の開拓も行う。３年度目では、Co/Ptポリ結晶薄膜ヘテロ構造で発現する非線形応答を利用することで、スカーミオンを用いた物理リザーバーの構築に成功した。これらの応答領域では、リザーバーに要求される不揮発性・多次元性・非線形性を全て満たすため、入力信号に対する電気応答をホール信号として検出し、再帰させることで、波形認識タスクに対して高い再現性を担保することに成功した。この結果は、スピントロニクス関連素子としては、スピントルク発振子に続く結果で、スカーミオンの非線形応答をデバイス活用した実績として評価できる。平行して、前年度に引き続き、高温稼働・大規模生産が採用可能な、産業応用を視野に入れた材料研究を進めた。この一環として、2010年代後半に提唱された、磁気異方性転移に伴い発現する面内スカーミオンに新たに着目した。室温近傍においてスピン再配列が誘起されるCaCu5型NdCo5を採用し、スパッタ法による薄膜作製を行った。同材料のc軸を基板面内に配向させることで、高温側のスピン再配列に伴い、面内-面直間の異方性転移が生じ、これにより同温度領域での巨大なトポロジカルホール信号の検出に成功した。前年度のMn系逆ホイスラー合金と比較し、トポロジカル信号の消失温度が270K以上と室温近傍まで漸近し、最大化磁場も1Tから大きく減少したことで、将来的なデバイス化で希望される零磁場・室温稼働の特性に近づく結果が得られた。

The magnetic gas スカ スカ スカ スカ <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> ギ ギ ギ が, small-sized and low エネ ギ ギ ギ が, が may indicate that the となるトポロジカ <e:1> characteristics を suggest the す magnetic region structure である. This study で は, film ヘ テ に ロ structure stabilization す る ス カ ー ミ オ ン の nonlinear 応 answer に mesh し, property モ デ ル の new rules to construct や デ バ イ ス 応 with を refers す. Parallel て て and デバ ス ス ス installation に suitable <s:1> た stabilizing materials <s:1> development う industry う. 3 year mesh で は, Co/Pt ポ リ crystal film ヘ テ ロ tectonic で 発 now す る nonlinear 応 answer を using す る こ と で, ス カ ー ミ オ ン を with い た physical リ ザ ー バ ー built の に success し た. こ れ ら の 応 answer field で は, リ ザ ー バ ー に requirements さ れ る don't swing 発 sex, multidimensional sex, sexual を nonlinear full て against た す た め, into the force signal に す seaborne る electric 気 応 answer を ホ ー ル signal と し て 検 し, again 帰 さ せ る こ と で, waveform タ ス ク に し seaborne て い high reproducibility を guarantee す る こ と に successful し た. こ の results は, ス ピ ン ト ロ ニ ク ス masato even plain child と し て は, ス ピ ン ト ル ク 発 oscillator に 続 く results で, ス カ ー ミ オ ン の nonlinear 応 answer を デ バ イ ス use し た be performance と し て review 価 で き る. Parallel し て, before the annual に き 続 き mass production, high temperature ones 働 が using vision may be using を な, industrial 応 に into れ た materials research を into め た. Part こ の と し て, after 2010 s half に sing さ れ た, magnetic 気 different party planning move に with い 発 now す る in-plane ス カ ー ミ オ ン に new た に with mesh し た. Room temperature near alongside に お い て ス ピ ン with column が induced さ れ る CaCu5 type NdCo5 を し, ス パ ッ タ method に よ る film as system line を っ た. を の c axis with the material within the base board face に match to さ せ る こ と で, high temperature side の ス ピ ン with column に い, in-plane - face straight の between different parties from planning to move が じ, こ れ に よ り with temperature field で の huge な ト ポ ロ ジ カ ル ホ ー ル signal の 検 に successful し た. Before the annual の Mn is inverse ホ イ ス ラ ー alloy と し, ト ポ ロ ジ カ ル signal の が disappear temperature above 270 k と room temperature near alongside ま で asymptotic し, maximize も 1 t magnetic field か ら big き く reduce し た こ と で, future な デ バ イ ス で the hope that さ れ る zero magnetic field, room temperature grain 働 の features に nearly づ く results ら が れ た.

项目成果

Transition of topological Hall effect for tetragonal Heusler Mn2PtSn thin film

四方Heusler Mn2PtSn薄膜拓扑霍尔效应的转变

• DOI: 10.35848/1882-0786/ac223f
• 发表时间: 2021
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Sugimoto Satoshi;Takahashi Yukiko;Kasai Shinya
• 通讯作者: Kasai Shinya

Electrical nucleation, displacement, and detection of antiferromagnetic domain walls in the chiral antiferromagnet Mn3Sn

• DOI: 10.1038/s42005-020-0381-8
• 发表时间: 2020-06
• 期刊: Communications Physics
• 影响因子: 5.5
• 作者: S. Sugimoto;Y. Nakatani;Y. Yamane;M. Ikhlas;K. Kondou;M. Kimata;T. Tomita;S. Nakatsuji;Y. Otani

次世代EV/HEV用モータの高出力化と関連材料の開発

下一代EV/HEV电机的更高输出及相关材料的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 本塚智;佐藤尚;加藤克司;牧野秀樹;小森雅晴;山本真義;平山悠介;大橋健;広沢哲;山口勉功;田中康寛;本郷武延;森本茂雄;藤崎敬介;高下拓也;太田元基;尾藤三津男;村川鉄州;柳井武志;高橋有紀子
• 通讯作者: 高橋有紀子

薄膜形成技術に向けた磁気光学顕微鏡

用于薄膜形成技术的磁光显微镜

• 发表时间: 2022
• 作者: 杉本 聡志;佐々木 悠太;葛西 伸哉;高橋 有紀子
• 通讯作者: 高橋 有紀子

Multiple modes of a single spin torque oscillator under the non-linear region

• DOI: 10.1063/5.0013105
• 发表时间: 2020-05
• 期刊: arXiv: Applied Physics
• 作者: S. Sugimoto;S. Iwakiri;Y. Kozuka;Y. Takahashi;Y. Niimi;K. Kobayashi;S. Kasai