【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.26】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AT0205

利用課題名 / Title

スピン軌道トルクを用いた磁化制御に関する研究

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所 / AIST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

スピン軌道トルク,磁気ランダムアクセスメモリ,電荷-スピン流変換現象,磁性材料/非磁性材料,ホール素子,Co-Fe,Co-Pt,Co-Ir,スピントルク磁気共鳴法(ST-FMR法),スピンポンピング測定

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

日比野 有岐

所属名 / Affiliation

産業技術総合研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-006：マスクレス露光装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　スピン軌道トルクを用いた磁気ランダムアクセスメモリ(SOT-MRAM)を実現するためには、垂直スピンを生成可能な新たな電荷-スピン流変換現象の探索が重要である。中でも巨視的な磁気モーメントを有した磁性材料は、時間反転対称性の破れに起因した垂直スピンの生成が期待される。本研究では、磁性材料/非磁性材料の界面状態に着目し、電荷-スピン流変換現象を調査した。

実験 / Experimental

【NPF006】マスクレス露光装置　

　マスクレス装置を用いて、ホール素子を作製した。サンプルは熱酸化膜付Si基板(20 mm□)上に成膜した以下の金属薄膜である(括弧内はnm単位の膜厚)：
　　● Ta (3) / Ru (2) / Ir (1.5) / Co-Ni多層膜 (1.2) / 界面層(0.4) / Cu (3) / Fe-B (1.3) / MgO /TaOx
界面層としてCo-Fe、Co-Pt、およびCo-Ir合金を用いた。電荷-スピン流変換現象の評価はスピントルク磁気共鳴法(ST-FMR法)[1]およびスピンポンピング測定を用いた[2]。

結果と考察 / Results and Discussion

　作製した素子を図1(a)に示す。ST-FMR測定用の細線(左)およびスピンポンピング測定用の導波路付きデバイス(右)を作製した。図1(b)にST-FMR測定にて得られた共鳴スペクトルの一例を示す。共鳴スペクトルはFe-Bに働くスピン軌道トルクに由来する。スピンポンピング測定については金属細線と導波路間の層間絶縁層にリークパスが生じたため、精密な測定することができなかった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1: (a)Optical Image of the fabricated device (b) Ferromagnetic resonance spectra with Co-Ni-Ir/Cu interface.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

・今後の課題
層間絶縁層成膜プロセスを再検討し、リークパスフリーなデバイス作製を行う。

・参考文献
[1] Y. Hibino et.al, Nat. Commun. 12, 6254 (2021).
[2] H. Tsai et.al, Sci. Rep. 8, 5564 (2018).

・謝辞
戦略的創造研究推進事業チーム型研究(CREST) (JST) 「トポロジカル材料科学に基づく革新的機能を有する材料・デバイスの創出」

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. Y. Hibino, T. Taniguchi, K. Yakushiji, A. Fukushima, H. Kubota, and S. Yuasa, "Clarifying the Origin of Charge-to-Spin Conversion in Ferromagnet", The 67th annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials 2022（ミネアポリス・USA）, 2022年11月1日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件