Ultrafast control of antiferromagnetic nanostructures

反铁磁纳米结构的超快控制

• 批准号: 22KK0072
• 负责人: 山根 結太
• 金额: $ 12.9万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-10-07 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KK0072/
• 关键词: スピントロニクス; 反強磁性

本研究は、反強磁性ナノ構造を対象として、その電流誘起高速磁気ダイナミクスの制御に実験・理論の両面から挑むものである。磁気デバイスの飛躍的な高速化（テラヘルツ領域）を実現しうる材料物質として、反強磁性物質が近年注目を集めている。しかし、こうした超高速領域での磁気ダイナミクスについては未解明な部分も多く、テラヘルツで反強磁性体を電気的に制御する手段はいまだ確立されていない。本研究の目的は、カイラル反強磁性体において最近見出されたスピン流誘起恒常回転励起に着目し、これを電気的パルスにより精密制御することで、反強磁性ナノ構造の高速磁気構造スイッチングへの道を拓くことである。これにより、反強磁性ナノ構造における磁気励起現象の解明とその工学応用へ向けた研究展開が拓かれると期待される。スピン流物理研究の知見と、高品質カイラル反強磁性薄膜の作製技術、および海外共同研究者が有する高速磁気測定技術を組み合わせることで、反強磁性ナノ構造をテラヘルツで制御する新手法の創出を目指す。当該年度においては、採択直後に代表者が海外共同研究先であるロレーヌ大学（仏）へ渡航し、セミナー実施及び議論打ち合わせを通じて今後のプロジェクトの具体的方針を定めた。その後、カイラル反強磁性体Mn3Snのエピタキシャル単結晶ナノドット薄膜の作製およびその熱安定性の評価に成功し、この成果はApplied Physics Letters 122, 122404 (2023)に掲載され、Featured Articleに採択されている。本成果により、ナノスケールでのカイラル反強磁性ダイナミクスのより詳細に迫ることが可能となる。

In this paper, we study the effect of antiferromagnetic structure on the control of high speed magnetic field induced by electric current. The rapid development of magnetic properties has been realized in the field of materials and antiferromagnetic materials. In the ultra-high-speed field, the magnetic field is not solved, and the antiferromagnetic material is controlled by the electric field. The purpose of this study is to explore the development of high-speed magnetic structures for antiferromagnetic materials, which have recently been discovered. The study of magnetic excitation phenomena in antiferromagnetic and antiferromagnetic structures is expected to be carried out in the future. Research findings in fluid physics, fabrication techniques for high-quality antiferromagnetic films, and overseas co-researchers have developed new techniques for assembling high-speed magnetic measurement techniques. When the year is over, representatives of overseas joint research will be invited to participate in joint research, and specific policies will be determined for the future. Later, the preparation and thermal stability evaluation of crystalline antiferromagnetic Mn3Sn thin films were successfully carried out. The results were disclosed in Applied Physics Letters 122, 122404 (2023) and collected in Featured Article. The results of this study are as follows:

项目成果

Large Antisymmetric Interlayer Exchange Coupling Enabling Perpendicular Magnetization Switching by an In-Plane Magnetic Field

• DOI: 10.1103/physrevapplied.17.054036
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Physical Review Applied
• 影响因子: 4.6
• 作者: Hiroto Masuda;T. Seki;Y. Yamane;R. Modak;Kenji Uchida;J. Ieda;Y. Lau;S. Fukami;K. Takanashi-K.-Takanas

Size dependence of thermal stability factor in non-collinear antiferromagnetic Mn3Sn nanodot

非共线反铁磁Mn3Sn纳米点热稳定因子的尺寸依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Sato;Y. Takeuchi;Y. Yamane;J.-Y. Yoon;S. Kanai;J. Ieda;H. Ohno;S. Fukami
• 通讯作者: S. Fukami

Theory of emergent inductance with spin-orbit coupling effects

自旋轨道耦合效应的涌现电感理论

• 发表时间: 2022
• 作者: Karube Shutaro;Hoshika Takumi;Zhang Chaoliang;Kohda Makoto;Nitta Junsaku;Yuta Yamane
• 通讯作者: Yuta Yamane

Domain imaging of antiferromagnetic Weyl semimetal Mn3Sn thin films by magneto-optical Kerr effect

磁光克尔效应反铁磁Weyl半金属Mn3Sn薄膜的磁域成像

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Uchimura;J.-Y. Yoon;Y. Sato;Y. Takeuchi;S. Kanai;R. Takechi;K. Kishi;Y. Yamane;S. DuttaGupta;J. Ieda;H. Ohno;S. Fukami
• 通讯作者: S. Fukami

Thickness dependence of anomalous Hall effect in non-collinear antiferromagnetic D019-Mn3Sn epitaxial thin films

非共线反铁磁 D019-Mn3Sn 外延薄膜中反常霍尔效应的厚度依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Wakabayashi;Y. Takeuchi;J.-Y. Yoon;Y. Sato;K. Kishi;T. Uchimura;Y. Yamane;S. Kanai;J. Ieda;H. Ohno;S. Fukami
• 通讯作者: S. Fukami