【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.07.04】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23TT0048

利用課題名 / Title

スピン軌道トルクを利用した磁化反転実験

利用した実施機関 / Support Institute

豊田工業大学 / Toyota Tech.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

スピントロニクスデバイス/ Spintronics device,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,スパッタリング/ Sputtering

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)

福間 康裕

所属名 / Affiliation

九州工業大学 情報工学研究院 物理情報工学研究系

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

浅田裕法

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

粟野博之

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

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

TT-002：多機能薄膜作製装置

報告書データ / Report

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

イオン注入技術を利用して、高いスピン流生成効率をもつ白金系材料の開発に成功した[1]-[3]。本研究では、垂直磁気異方性をもつGdFeCo等の磁性薄膜を白金系材料上に作製し、スピン軌道トルクを利用した磁化制御実験を行った。

実験 / Experimental

初めに、熱酸化膜付きのシリコン基板上に、Pt（5～10 nm）、MgO（10 nm）、Al₂O₃（10 nm）の多層膜構造をスパッタ法により作製した。次に、多層膜へとOやPイオンを注入した。その後、イオンミリングによりMgO/Al₂O₃層を除去し、GdFeCo薄膜をスパッタ法により作製した。得られた試料は、ホールバー形状に微細加工を行い、異常ホール効果の検出により磁化反転特性を評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

イオン注入や反応性スパッタにより不純物を添加Pt膜上のGdFeCo薄膜の垂直磁気異方性は小さくなる傾向があるが、薄膜厚を増やす（20 nm）ことで明確な垂直磁気異方性をもつ試料の作製に成功した。電流を印加しながらスピン軌道トルクを利用した磁化反転実験を再現性よく行うことができた。また、電流と印加磁場をうまく組み合わせることでマルチ演算素子を実現できることを実証した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

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

・参考文献：[1] U. Shashank, R. Medwal, T. Shibata, R. Nongjai, J. V. Vas, M. Duchamp, K. Asokan, R. S. Rawat, H. Asada, S. Gupta, Y. Fukuma, Advanced Quantum Technologies, 4, 2000112 (2021).・参考文献：[2] U. Shashank, R. Medwal, Y. Nakamura, J. R. Mohan, R. Nongjai, K. Asokan, R. S. Rawat, H. Asada, S. Gupta, Y. Fukuma, Applied Physics Letters, 118, 252406 (2021). ・参考文献：[3] U. Shashank, Y. Nakamura, Y. Kusaba, T. Tomoda, R. Nongjai, A. Kandasami, R. Medwal, R. S. Rawat, H. Asada, S. Gupta, Y. Fukuma, Physical Review B, 107, 064402 (2023).

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.

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