Manipulation of spin-orbit torque in a spin-orbit ferromagnet single layer for future spin devices

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将来の磁気抵抗ランダムアクセスメモリ(MRAM)などスピントロニクスデバイスにおいて、高効率・低消費電力の磁化制御方法として期待されるスピン軌道トルク(spin transfer torque, SOT)による強磁性薄膜の磁化反転の研究を行い、以下の成果を得た。・垂直磁気異方性をもつ単一の強磁性半導体GaMnAs薄膜をInGaAs/GaAs 基板上に形成し、垂直磁気異方性をもつGaMnAs薄膜に電流を流すことにより、スピン軌道トルク(SOT)によるきわめて高効率の磁化反転に成功した。条件を最適化した結果、SOT磁化反転としては世界最小の電流密度である4.6×104A/cm2の微小電流密度（従来より3桁低いJC）で180度磁化反転を実現した。・垂直磁気異方性をもつGaMnAs薄膜をチャネルとしてトップゲート構造をもつ電界効果トランジスタを作製し、ゲート電圧によるSOTの強さとJCの制御、さらにゼロ磁場での磁化反転にも成功した。・強磁性金属系多層膜MgO (5nm) / Co2FeSi (0.6nm) / Pd (5nm) / Cr (3nm) をMgO (001)基板上にスパッタ法で堆積し、SOT磁化反転の定量的評価を行い、ダンピングライクトルク有効磁場とフィールドライクトルク有効磁場の寄与を明らかにした。以上の研究成果をNature Electronics, AIP Advancesに論文発表し、国際会議で招待講演を行うなど、国際的に高い評価を得た。未発表で準備中の論文も2件ある。Jiang Miaoさんは2022年度中に中国に帰国後、北京理工大学 材料科学科・教授に就任し、今後もわれわれの研究室と共同研究を続ける予定である。