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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J01643/
• 关键词: スピントロニクス; スピン軌道相互作用; スピン軌道トルク; スピンホール効果; 強磁性材料; 電流-スピン流変換

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。

The new magnetic control technology is expected to be developed in the next generation of magnetic control technology. The physical background of the orbit is charge-current transition phenomenon, non-magnetic material is the center of the study In this paper, we focus on the phenomenon of current-current transition in ferromagnetic materials instead of nonmagnetic materials. Ferromagnetic materials are magnetized by themselves, and the symmetry of ferromagnetic materials is enhanced. This novel current-current transition phenomenon is expected to be used in the absence of a magnetic field, such as perpendicular magnetization inversion. This year, the quantitative evaluation method was established, and the magnetic material (perpendicular magnetic material) was magnetized in the vertical direction of the film surface. The charge-current conversion mechanism was analyzed and the efficiency was improved. The results of the precision evaluation of the interface structure, the perpendicular magnetic material and the nonmagnetic layer, the interface structure and the generation rate of the novel track, the success of the vertical magnetic material and the non-magnetic layer, are as follows: The film thickness dependence, the interface effect, the direction of suppression, the mechanism of identification, the internal occurrence of magnetization, the exchange interaction, the origin of new mechanisms This work is now submitted to the paper. Co/Ni multilayer films with perpendicular magnetization are compared with each other. As a result, the structure of Ni alloy was successfully developed with heavy metal elements and high efficiency materials.

项目成果

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

• DOI: 10.35848/1882-0786/aba0dc
• 发表时间: 2020-07
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Y. Hibino;T. Moriyama;K. Hasegawa;T. Koyama;T. Ono;D. Chiba

Large spin Hall effect in amorphous Co-Ni-B alloys

非晶 Co-Ni-B 合金中的大自旋霍尔效应

• 发表时间: 2021
• 作者: Y. Hibino;T. Taniguchi;K. Yakushiji;A. Fukushima;H. Kubota;S. Yuasa
• 通讯作者: S. Yuasa

Large Spin-Orbit-Torque Efficiency Generated by Spin Hall Effect in Paramagnetic Co-Ni-B Alloys

• DOI: 10.1103/physrevapplied.14.064056
• 发表时间: 2020-12-17
• 期刊: PHYSICAL REVIEW APPLIED
• 影响因子: 4.6
• 作者: Hibino, Y.;Taniguchi, T.;Yuasa, S.
• 通讯作者: Yuasa, S.

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

• DOI: 10.1063/5.0002326
• 发表时间: 2020-04-01
• 期刊: APL MATERIALS
• 影响因子: 6.1
• 作者: Hibino, Y.;Hasegawa, K.;Chiba, D.
• 通讯作者: Chiba, D.

Voltage control of spin?orbit torque in Pd/Co/Pd/HfO x

Pd/Co/Pd/HfO x 中自旋轨道扭矩的电压控制

• DOI: 10.35848/1882-0786/abcd71
• 发表时间: 2020
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Hirai Takamasa;Hibino Yuki;Hasegawa Kento;Kohda Makoto;Koyama Tomohiro;Chiba Daichi
• 通讯作者: Chiba Daichi