トポロジーの異なる絶縁体界面による高効率磁化制御

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トポロジカル電流を用いたスピントロニクス素子応用に期待

2021-03-03 理化学研究所,東京大学 大学院工学系研究科,東北大学 金属材料研究所,科学技術振興機構

理化学研究所(理研) 創発物性科学研究センター 強相関量子伝導研究チームの茂木 将孝 客員研究員、十倉 好紀 チームリーダー(東京大学 卓越教授/東京大学 国際高等研究所 東京カレッジ)、吉見 龍太郎 研究員、強相関界面研究グループの川﨑 雅司 グループディレクター(東京大学 大学院工学系研究科 教授)、創発光物性研究チームの小川 直毅 チームリーダー、東京大学 大学院工学系研究科の藤村 怜香(修士課程2年)、東北大学 金属材料研究所の塚﨑 敦 教授らの共同研究グループは、トポロジカル絶縁体と強磁性絶縁体の積層構造において、電流を流すことにより磁化方向が反転することを実証しました。

本研究成果は、2つの異なるトポロジーを持つ絶縁体界面に流れるトポロジカル電流が、強磁性絶縁体層の磁化に対して高効率にトルク(回転力)を与えることを示しており、低消費電力スピントロニクス素子への応用が期待できます。

今回、共同研究グループは、独自に開発したトポロジカル絶縁体「(Bi1-xSbTe(Bi:ビスマス、Sb:アンチモン、Te:テルル)」と強磁性絶縁体「CrGeTe(Cr:クロム、Ge:ゲルマニウム)」の薄膜積層界面において、強い磁気近接効果が生じることに着目しました。薄膜面内に電流を流したところ、界面に生じたスピン蓄積が強磁性絶縁体の磁化にトルクを与え、磁化方向が上下に反転することが分かりました。さらに、トポロジカル絶縁体層の組成調整によって、トポロジカル絶縁体と強磁性絶縁体の界面におけるトポロジカル電流が高効率な磁化反転の起源として支配的であることが明らかになりました。

本研究は、オンライン科学雑誌「Nature Communications」に2021年3月3日付で掲載されます。

本研究は、JST 戦略的創造研究推進事業 CREST「トポロジカル絶縁体ヘテロ接合による量子技術の基盤創成(研究代表者:川﨑 雅司)」などによる支援を受けて行われました。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Current-induced switching of proximity-induced ferromagnetic surface states in a topological insulator”
DOI:10.1038/s41467-021-21672-9
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
茂木 将孝(モギ マサタカ)
理化学研究所 創発物性科学研究センター 強相関量子伝導研究チーム 客員研究員(マサチューセッツ工科大学 博士研究員)

<JST事業に関すること>
嶋林 ゆう子(シマバヤシ ユウコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ

<報道担当>
理化学研究所 広報室 報道担当
東京大学 大学院工学系研究科 広報室
東北大学 金属材料研究所 情報企画室 広報班
科学技術振興機構 広報課

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