高垂直磁気異方性金属薄膜を用いた超高速マグノントランジスタの実証

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非磁性体/強磁性体の二層膜構造において非磁性体薄膜に面内電流を流すと非磁性体のスピンホール効果によって強磁性体薄膜へスピントルクを誘起できることが近年報告された。この効果を利用し強磁性体のダンピングの変調や磁化反転に用いる研究が近年盛んに行われている。スピンホール効果によって生成できるスピン流のスピンの向きは固定で常に面内方向を向く。この制限により、非磁性体/垂直磁化強磁性体の二層膜構造では垂直磁化膜のダンピングの変調やゼロ磁場での磁化反転が不可能になっている。一方で強磁性体特有の異常ホール効果を利用することでスピン流のスピンの向きを強磁性体の磁化の方向で制御することが可能になり、垂直磁化強磁性体のダンピング変調やゼロ磁場での反転ができることが期待される。本研究では、この強磁性体の異常ホール効果を用いたスピントルクの観測を試みた。本実験で用いた膜構成はCoFeB(強磁性体)/ Cu(非磁性体) /NiFe(強磁性体)の三層構造を用いた。CoFeB層の異常ホール効果によってスピン流が生成され、そのスピン流がNiFe層の強磁性共鳴スペクトル線幅を変調させることが期待される。線幅が面内電流によって変調されていることが観測され、CoFeB層の異常ホール効果によって生成されたスピン流によるスピントルクに起因していることがわかった。CoFeB層でのスピン流を生成する効率を評価したところ、非磁性重金属のスピンホール効果と同等の効率であった。この強磁性体の異常ホール効果を利用したスピントルクを用いることによって垂直磁化膜のゼロ磁場磁化反転やダンピングの変調、垂直磁化膜におけるスピン波伝搬(マグノントランジスタ等)への応用が期待される。