交換相互作用が拓く新奇スピン流制御技術の確立

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本研究では物質中の「交換相互作用」に着目する事で、既存の概念を超越する新たなスピン流生成および制御技術を確立しようとするものである。今年度、研究代表者は特に交互磁性を発現し得る反強磁性RuO2に着目し研究を行ってきた。交互磁性は、強磁性、反強磁性に次ぐ第3の強的秩序の磁性であり、反強磁性の仲間でありながら、時間反転対称性を破り、電子バンド構造上でスピン分裂を誘起する。これは、反強磁性結合している磁気モーメントを囲む結晶場が異方的であると、アップ、ダウンの両スピンに異なるバンドが用意される事に起源を持つ。研究代表者は本課題の申請時、RuO2においてネールベクトル方向に依存したスピン流が生成可能である実験的な証拠を得ており、これを活用する事で外部磁場を必要とせず、効率的に垂直磁化を反転できるであろうという着想を持っていた。そのため、今年度はRuO2で生成されたスピン流を用いる事で隣接磁性層の磁化を反転する実験を中心的に取り組んでいた。具体的にはRuO2/Ru/Co/Ptの積層構造によってCoを垂直磁化させ、室温においてRuO2のスピン流誘起磁化反転実験を行った。RuO2中で生成されるスピン流のスピン偏極成分は、印加電流方向に依存しており、垂直磁化を反転させ得る面直成分を含んだスピン流を含んでいる場合のみ、外部磁場フリー磁化反転が可能である事を明らかにした。以上のように、本課題で着目している「交換相互作用」を活用する事で、スピントロニクスにおける代表的な応用である磁化反転を効率的に行う事に成功した。次年度はRuO2の反強磁性ドメインに着目する事でさらなるスピン流生成効率の向上を目指して研究を行う予定である。