イオン液体を用いた酸化物スピントロニクスの研究

离子液体氧化物自旋电子学研究

• 批准号: 18J20780
• 负责人: 白 怜士
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18J20780/
• 关键词: スピントロニクス; スピン軌道トルク; スピンHall効果; Rashba電子系; イオン液体

本研究の目的は，電流から常磁性金属中のスピン軌道相互作用を介して磁化に与えられるスピン軌道トルクの生成メカニズムの解明であり，特に酸素や炭素などの軽元素が常磁性体金属中のスピン軌道トルク生成に与える影響を調べることであった．スピン軌道トルクはスピントロニクス分野において物理的にも興味深い現象なだけでなく，工学的な応用として磁気メモリ素子の磁化操作の技術としても注目されており，この研究によって省エネルギーデバイスへの寄与が期待される．本研究の実績として以下の3つが挙げられる．1つ目に，常磁性体と強磁性体の界面における酸化物がスピントルク生成に与える影響も調べ，酸化物の種類によってその影響が顕著に異なることを明らかにした．強磁性体としてCo及びNiFeを選択し，それぞれの表面を大気暴露させることで酸化させた上にPtを成膜してデバイスを作製した．Coでは界面のスピン軌道相互作用が支配的である一方で，NiFeでは界面のスピン透過率が重要な役割を担っていることを明らかにした．2つ目として酸素を導入したPd薄膜におけるスピン軌道トルク生成の定量を通して，電流-スピン流変換において重要なスピンHall効果の不純物に対する振る舞いを系統的に調べた．これによりPd中のスピンHall効果を律速する緩和メカニズムに関して，酸素導入によるPd中の緩和時間の減少に伴ってバンド間励起が支配的な領域から伝導中の散乱が支配的な領域へのクロスオーバーを観測した．さらに3つ目として，イオン分子で構成される液体の塩であり固体絶縁体と比較して大きい誘電率をもつイオン液体を用いて強磁性体金属をエッチングし厚さを薄くすることで，単一の試料でスピン軌道トルク生成効率の強磁性体膜厚依存性を測定する方法を確立した．この方法によって試料間の誤差を考慮せずに，電流-スピン流変換現象の定量を可能にした．

这项研究的目的是阐明在顺磁金属中通过自旋轨道相互作用应用于磁化的自旋轨道扭矩的机理，并研究光元素（例如氧和碳）对副磁金属中旋转轨道扭矩的影响。旋转轨道扭矩不仅是Spintronics领域中的物理有趣现象，而且还吸引了作为一种用于磁化记忆设备作为工程应用的技术，并且这项研究有望为节能设备做出贡献。这项研究中的三项成就将在下面提及。首先，我们还研究了氧化物在顺磁和铁磁体之间界面对自旋扭矩产生的影响，这表明它们的作用取决于氧化物的类型，其作用显着不同。选择CO和Nife作为铁磁铁，并通过将其暴露于大气中氧化，然后形成PT形成一个设备。虽然界面处的自旋轨道相互作用在CO中占主导地位，但揭示了界面处的自旋透射率在Nife中起重要作用。其次，我们通过定量引入氧气中的PD薄膜中的旋转轨道扭矩产生，系统地研究了旋转厅效应的行为，这在电流旋转电流转换中对杂质很重要。这观察到了由氧气引入引起的传导散射主导的区域的区域的交叉，随着PD的弛豫时间减少。已经建立了第三种方法，可以通过使用离子液体蚀刻铁磁金属来测量自旋轨道扭矩产生效率的铁磁性扭矩效率的依赖性，该液体是由离子分子制成的离子液和与固体绝缘剂相比具有较大的介电常数的液体液，以减少厚度。该方法允许确定电流旋转电流转换现象，而无需考虑样品之间的误差。

项目成果

Spin-orbit torque generated by Pd oxides

Pd氧化物产生的自旋轨道扭矩

• 发表时间: 2019
• 作者: Satoshi Haku;Hongyu An;Akira Musha and Kazuya Ando
• 通讯作者: Akira Musha and Kazuya Ando

酸化誘起界面スピン軌道トルク

氧化引起的界面自旋轨道扭矩

• 发表时间: 2018
• 作者: Satoshi Haku;Atsushi Ishikawa;Akira Musha;Hiroyasu Nakayama;Takashi Yamamoto;Kazuya Ando;Satoshi Haku;白怜士;白怜士
• 通讯作者: 白怜士

Spin-torque ferromagnetic resonance in electrochemically etched metallic device

• DOI: 10.35848/1882-0786/ab8347
• 发表时间: 2020-04
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Ryuki Suzuki;Satoshi Haku;Hiroki Hayashi;K. Ando

Role of interfacial oxidation in the generation of spin-orbit torques

• DOI: 10.1103/physrevb.102.024405
• 发表时间: 2020-04
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Satoshi Haku;Musha Akira;T. Gao;K. Ando

Surface Rashba-Edelstein Spin-Orbit Torque Revealed by Molecular Self-Assembly

分子自组装揭示的表面 Rashba-Edelstein 自旋轨道扭矩

• DOI: 10.1103/physrevapplied.13.044069
• 发表时间: 2020
• 期刊: Physical Review Applied
• 影响因子: 4.6
• 作者: Satoshi Haku;Atsushi Ishikawa;Akira Musha;Hiroyasu Nakayama;Takashi Yamamoto;Kazuya Ando
• 通讯作者: Kazuya Ando