スピン軌道トルクや位相幾何学的仮想磁場を利用した種々の磁気自由度の電気的操作

磁性体における磁気秩序の電気的制御はスピントロニクスにおける最重要課題の一つとされている。近年のスピントロニクスの発展に伴い、スピントランスファートルクやスピン軌道トルクなどの電流誘起トルクを磁気モーメントに作用させることで、磁気秩序の電気的制御が実証されてきた。電気的制御の対象となる磁気秩序はこれまで強磁性体の磁化がその中心だったが、ここ数年の研究により反強磁性体のネールベクトルも電気的に制御できることが報告された。この反強磁性体は複数の磁気モーメントが反対向きかつ共線的に配列しており、コリニア反強磁性体と呼ばれている。一方で、磁気モーメントが非共線的なカイラルスピン構造を形成するノンコリニア反強磁性体は、自発磁化が消失しているにも関わらず巨大な異常ホール効果を示すことから、最近になり急速に注目度を高めている。本研究では、スピン軌道トルクによる磁化の制御の高効率化を目指すとともに、ノンコリニア反強磁性体のカイラルスピン構造の電気的制御について検討する。本年度は様々な結晶方位を有するノンコリニア反強磁性体D019-Mn3Sn薄膜のスパッタリングによるエピタキシャル成長の手法にはじめて確立するとともに、その異常ホール効果と結晶方位の関係を明らかにした。スパッタリングによって単結晶基板上にバッファー層を介して、Mn3Snの薄膜を成膜した。本研究にてMn3SnのC面およびM面を薄膜に対して平行にエピタキシャル成長することに成功した。また、M面の試料では0.5μΩcmの異常ホール抵抗率が観測され、C面の試料では観測されなかった。この結果はバルクの結果と同様の傾向を示すものである。本研究によって、ノンコリニア反強磁性体薄膜およびその電気的制御の研究が一層進むものと期待される。

磁性体における磁気秩序の電気的制御はスピントロニクスにおける最重要課題の一つとされている。近年のスピントロニクスの発展に伴い、スピントランスファートルクやスピン軌道トルクなどの電流誘起トルクを磁気モーメントに作用させることで、磁気秩序の電気的制御が実証されてきた。電気的制御の対象となる磁気秩序はこれまで強磁性体の磁化がその中心だったが、ここ数年の研究により反強磁性体のネールベクトルも電気的に制御できることが報告された。この反強磁性体は複数の磁気モーメントが反対向きかつ共線的に配列しており、コリニア反強磁性体と呼ばれている。一方で、磁気モーメントが非共線的なカイラルスピン構造を形成するノンコリニア反強磁性体は、自発磁化が消失しているにも関わらず巨大な異常ホール効果を示すことから、最近になり急速に注目度を高めている。本研究では、スピン軌道トルクによる磁化の制御の高効率化を目指すとともに、ノンコリニア反強磁性体のカイラルスピン構造の電気的制御について検討する。本年度は様々な結晶方位を有するノンコリニア反強磁性体D019-Mn3Sn薄膜のスパッタリングによるエピタキシャル成長の手法にはじめて確立するとともに、その異常ホール効果と結晶方位の関係を明らかにした。スパッタリングによって単結晶基板上にバッファー層を介して、Mn3Snの薄膜を成膜した。本研究にてMn3SnのC面およびM面を薄膜に対して平行にエピタキシャル成長することに成功した。また、M面の試料では0.5μΩcmの異常ホール抵抗率が観測され、C面の試料では観測されなかった。この結果はバルクの結果と同様の傾向を示すものである。本研究によって、ノンコリニア反強磁性体薄膜およびその電気的制御の研究が一層進むものと期待される。