Development of an innovative spin torque oscilator using highly efficient thermal spin injection

本研究の目的は、高効率な熱スピン注入技術を用いて、スピントルク自励発振現象の高性能化を実現することである。電流を使わず、熱のみでスピン流を生成することで、電流誘導磁場の影響を完全に回避され、マイクロメートル以上のサイズの磁性層の発振が可能となる。本研究では、極めて高い出力を有するスピントルク発振器が実現する。更に、発振周波数の制御性の向上や発振層のアレイ化による周波数分散の向上など、熱スピン注入がもたらす様々な技術革新により発振特性を向上させ、スピントルク発振器の高性能化を実現する。更に、本研究で開発した高効率熱スピン注入技術を他のスピンデバイスにも適用し、各種スピン流物性現象メカニズムの詳細な解明やスピンデバイスの多機能化等など、熱スピン注入でのみ実現可能な機能創出も目指す。初年度である本年度は、スピン注入源に熱を効率よく加えるための素子構造や電流印加法を探索した。そのために、非局所スピンバルブを用いて、強磁性細線からの異常ネルンスト効果を高感度・高精度に評価できる手法を開発し、ネルンスト信号から温度勾配や絶対温度を測定した。その結果、線幅の変化による温度上昇の変化が、ジュール熱に比例することが明瞭に確認され、本手法の有効性を確認した。さらに本手法を多層膜へと拡張することで、スピンホール効果とネルンスト効果が融合された信号が得られることを確認するとともに、磁気抵抗測定下においても、特徴的な非対称信号を得ることに成功した。

本研究の目的は、高効率な熱スピン注入技術を用いて、スピントルク自励発振現象の高性能化を実現することである。電流を使わず、熱のみでスピン流を生成することで、電流誘導磁場の影響を完全に回避され、マイクロメートル以上のサイズの磁性層の発振が可能となる。本研究では、極めて高い出力を有するスピントルク発振器が実現する。更に、発振周波数の制御性の向上や発振層のアレイ化による周波数分散の向上など、熱スピン注入がもたらす様々な技術革新により発振特性を向上させ、スピントルク発振器の高性能化を実現する。更に、本研究で開発した高効率熱スピン注入技術を他のスピンデバイスにも適用し、各種スピン流物性現象メカニズムの詳細な解明やスピンデバイスの多機能化等など、熱スピン注入でのみ実現可能な機能創出も目指す。初年度である本年度は、スピン注入源に熱を効率よく加えるための素子構造や電流印加法を探索した。そのために、非局所スピンバルブを用いて、強磁性細線からの異常ネルンスト効果を高感度・高精度に評価できる手法を開発し、ネルンスト信号から温度勾配や絶対温度を測定した。その結果、線幅の変化による温度上昇の変化が、ジュール熱に比例することが明瞭に確認され、本手法の有効性を確認した。さらに本手法を多層膜へと拡張することで、スピンホール効果とネルンスト効果が融合された信号が得られることを確認するとともに、磁気抵抗測定下においても、特徴的な非対称信号を得ることに成功した。