フェリ磁性体を利用した磁壁移動型メモリの研究

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本研究課題の目的は、「フェリ磁性体を利用した磁壁移動型メモリ」の実現可能性を開拓することにある。昨年度までの研究成果は、「スピン移行トルクを利用した反強磁性メモリ」の実現可能性を開拓するものとして意義があるものの、本研究課題の目的を達成するものではない。一方で、2018年に他の2つの研究グループによって、フェリ磁性体の磁壁を電流誘起のスピン軌道トルクによって駆動した場合、角運動量補償温度TAにおいて磁壁速度が極大となることが報告された。これらの報告は、本研究課題の目的である「フェリ磁性体を用いた磁壁移動型メモリ」の実現に向けた画期的な研究成果として注目を集めている。そのような研究背景から、我々は、スピン移行トルクからスピン軌道トルクへと焦点を移し、フェリ磁性体におけるスピン軌道トルク誘起の高速な磁化反転を最終年度の研究テーマとした。GdFeCo(30 nm)/Pt(5 nm)の2層から成るフェリ磁性ドットにおいて、スピン軌道トルク誘起の磁化反転メカニズムを調査した。パルス電流を印加してフェリ磁性層の磁化反転を観測し、磁化反転に要する閾電流密度J_Cとパルス時間幅τ_pの相関を測定した。この結果を、先行研究で報告されたPt/Co/AlOxから成る強磁性ドットにおけるJCとτ_pの相関と比較することにより、熱アシスト領域(τ_p>1 ns)とIntrinsic領域(τ_p<1 ns)の中間のパルス時間幅領域において、フェリ磁性体と強磁性体が同等のJC-τ_p相関を示すことが明らかになった。これは、TAから充分離れた温度領域では、フェリ磁性体が強磁性体と本質的に同じ磁化反転メカニズムとなることを示唆している。このことから、本研究によって、強磁性近似が成立しない（反強磁性ダイナミクスを示す）TAにおけるスピン軌道トルク磁化反転の観測の必要性が浮き彫りになったと言える。