ホイスラー合金におけるスピンダイナミクスの解明と多機能デバイスへの展開

霍斯勒合金中自旋动力学的阐明和多功能器件的开发

• 批准号: 16J05221
• 负责人: 山本 竜也
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J05221/
• 关键词: ホイスラー合金; スピントルク発振; 磁気ボルテックス

平成28年度はまず、ホイスラー合金において高効率に磁化ダイナミクスを誘起・検出すること、すなわち「発信」及び「受信」に重点をおいて研究に取り組んだ。高効率化を図る上で特に重要となるのが、材料のスピン分極率、及び熱擾乱への耐性である。そこで、デバイス材料としては高いスピン分極率を有するCo2(Fe,Mn)Si（CFMS）合金を用い、幾何学的に安定な磁区構造である磁気ボルテックスを用いて研究を行った。超高真空対応のマグネトロンスパッタリング装置を用いて高品質なCFMS薄膜を成膜し、電子線リソグラフィー等を用いて直径数百ナノメートルのピラー構造からなるデバイスに加工した。作製したデバイスに直流電流を印加することにより磁化ダイナミクスを誘起し、磁化ダイナミクスによって生じる高周波のシグナルはスペクトラムアナライザを用いて検出した。直径及び高さの異なるデバイスを作製し、実験を重ねていった結果、直径240ナノメートル、高さ30ナノメートル程度のデバイスにおいてCFMS中に安定な磁化ダイナミクスを誘起することに成功した。さらに、CFMS合金のFe-Mn組成比を最適化することによって10.2 nWの高出力（パーマロイなどの既存材料を用いた場合に比べておよそ１万倍）、そしてまた5,000を超えるQ値を得ることに成功した。以上の結果はPhysical Review B誌に掲載された。デバイスから得られた高周波シグナルのより詳細な解析の結果、さらなる高Q実現のためには長周期的なダイナミクスの揺らぎを抑制する必要性が示唆された。そこで、デバイス中に２つの磁気ボルテックスを形成し、それらの静磁結合を利用してダイナミクスの安定化を図った。デバイスの膜構成及び測定条件を最適化することによって、23,000という非常に高い（現在世界最高）Q値を得ることに成功した（論文準備中）。

In 2008, we focused on research and development of high efficiency magnetization-based alloys, including "transmission" and "reception." High efficiency, high polarization, high thermal stability Co2(Fe,Mn)Si (CFMS) alloys are used in geometrically stable magnetic domain structures. Ultra-high-vacuum vacuum coating equipment for high quality CFMS film formation, electronic coating equipment, etc. For example, if a magnetic field current is generated, the magnetic field current will be generated. The diameter and height of CFMS are different from each other. The results show that the diameter of CFMS is 240 mm and the height of CFMS is 30 mm. The magnetization of CFMS is stable. The Fe-Mn composition ratio of CFMS alloy was optimized to 10.2 nW for high output (10,000 times higher than that of existing materials) and 5,000 times higher than that of existing materials. These results were published in Physical Review B. The results of the detailed analysis of the high-frequency wave and the necessity of suppressing the long-frequency wave are explained. 2. The formation and utilization of magnetostatic coupling Optimization of film composition and measurement conditions: 23,000: Very high Q value (now the highest in the world)

项目成果

Spin Torque Oscillations in Giant Magnetoresistance Devices with Heusler Alloys

Heusler 合金巨磁阻器件中的自旋扭矩振荡

• 发表时间: 2016
• 作者: 山本竜也;関剛斎;高梨弘毅
• 通讯作者: 高梨弘毅

Vortex spin-torque oscillator using Co2FexMn1-xSi Heusler alloys

• DOI: 10.1103/physrevb.94.094419
• 发表时间: 2016-09-16
• 期刊: PHYSICAL REVIEW B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Yamamoto, Tatsuya;Seki, Takeshi;Takanashi, Koki
• 通讯作者: Takanashi, Koki

Magnetic vortex in epitaxially-grown Co2(Fe,Mn)Si alloy

外延生长Co2(Fe,Mn)Si合金中的磁涡流

• DOI: 10.1063/1.4945730
• 发表时间: 2016
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: T. Yamamoto;T. Seki;M. Kotsugi;and K. Takanashi
• 通讯作者: and K. Takanashi

ホイスラー合金を用いたスピントルク発振素子の現状と課題

使用霍斯勒合金的自旋扭矩振荡装置的现状和问题

• 发表时间: 2016
• 期刊: 応用物理学会 応用電子物性分科会・スピントロニクス研究会 研究会資料
• 作者: 関剛斎;山本竜也;周偉男;高梨弘毅
• 通讯作者: 高梨弘毅

Coupled Vortices Dynamics in Co2(Fe,Mn)Si Heusler Alloy

Co2(Fe,Mn)Si Heusler 合金中的耦合涡动力学

• 发表时间: 2016
• 作者: T. Yamamoto;T. Seki;and K. Takanashi
• 通讯作者: and K. Takanashi