面直スピンによる有効磁場の発現 ~垂直磁化膜の高効率な磁化反転へ~

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2021-11-18 理化学研究所,東京大学,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 量子ナノ磁性チームの近藤 浩太 上級研究員、大谷 義近 チームリーダー(東京大学 物性研究所 教授)、東京大学 大学院理学系研究科 物理学専攻の中辻 知 教授、肥後 友也 特任准教授、東京大学 物性研究所の冨田 崇弘 特任助教らの国際共同研究グループは、トポロジカル反強磁性体MnSn(Mn:マンガン、Sn:スズ)単結晶薄体の表面に蓄積する面直スピン(面直スピン蓄積)を用いて、有効磁場(フィールドライクトルク:FLトルク)を発現させることに成功しました。

本研究成果により、今後、トポロジカル磁性材料をスピントルク源として利用することで、高速かつ省電力のスピントロニクスデバイスの設計開発が可能になると期待できます。

今回、国際共同研究グループは、トポロジカル反強磁性体MnSn単結晶薄体と強磁性体薄膜からなるスピントロニクス素子を作製し、MnSn表面のスピン蓄積に由来するスピントルクを調べました。その結果、これまで理論的に予言されていた面直スピン蓄積が磁場のように(フィールドライクに)働くことを明らかにしました。さらに、それによって生じるFLトルクは白金などの遷移金属よりも数倍大きいことが分かりました。

本研究は、科学雑誌「Nature Communications」オンライン版(11月18日付:日本時間11月18日)に掲載されます。

本研究は、科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 チーム研究(CREST)「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(研究総括:上田 正仁)」研究領域における研究課題「電子構造のトポロジーを利用した機能性磁性材料の開発とデバイス創製(研究代表:中辻 知)」および同未来社会創造事業「トリリオンセンサ時代の超高度情報処理を実現する革新的デバイス技術(研究代表:中辻 知)」における研究課題「スピントロニクス光電インターフェースの基盤技術の創成」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>
“Giant field-like torque by the out-of-plane magnetic spin Hall effect in a topological antiferromagnet”
DOI:10.1038/s41467-021-26453-y
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
近藤 浩太(コンドウ コウタ)
理化学研究所 創発物性科学研究センター 量子ナノ磁性研究チーム 上級研究員

大谷 義近(オオタニ ヨシチカ)
理化学研究所 創発物性科学研究センター 量子ナノ磁性研究チーム チームリーダー
東京大学物性研究所 教授

中辻 知(ナカツジ サトル)
東京大学 大学院理学系研究科 物理学専攻 教授

肥後 友也(ヒゴ トモヤ)
東京大学 大学院理学系研究科 物理学専攻 特任准教授

冨田 崇弘(トミタ タカヒロ)

東京大学 物性研究所 特任助教

<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

庄司 真理子(ショウジ マリコ)
科学技術振興機構 未来創造研究開発推進部

<報道担当>
理化学研究所 広報室 報道担当
東京大学 大学院理学系研究科・理学部 広報室
東京大学 物性研究所 広報室
科学技術振興機構 広報課

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