ワイル反強磁性体による交換バイアスの室温制御に成功~新奇な磁気秩序を活かした機能設計が導く、スピントロニクス技術の新展開~

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2025-06-17 東京大学

東京大学の研究チームは、ワイル反強磁性体Mn₃Snと強磁性体を積層した構造において、従来は冷却と磁場が必要だった交換バイアス効果を、室温かつ磁場印加のみで制御する手法を開発しました。これにより、交換バイアスの符号を反転させることが可能となり、使用する強磁性材料の変更によって効果の強さや向きの自在な制御も実現。スピントロニクス素子や磁気メモリへの応用が期待されます。

ワイル反強磁性体による交換バイアスの室温制御に成功~新奇な磁気秩序を活かした機能設計が導く、スピントロニクス技術の新展開~
Mn3Sn/強磁性体2層膜における交換バイアスの等温磁場印加による制御

<関連情報>

室温における金属FM/AFMヘテロ構造における交換バイアスの磁場スイッチング Magnetic Field Switching of Exchange Bias in a Metallic FM/AFM Heterostructure at Room Temperature

Mihiro Asakura,Tomoya Higo,Takumi Matsuo,Yutaro Tsushima,Shun’ichiro Kurosawa,Ryota Uesugi,Daisuke Nishio-Hamane,and Satoru Nakatsuji
Nano Letters  Published: June 17, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c00988

Abstract

The exchange bias effect, which causes a shift in the ferromagnetic hysteresis loop due to magnetic coupling with an adjacent antiferromagnetic layer, has been a key area of study for fundamental research and spintronic applications. This effect is known to be static once established through a field cooling procedure and is difficult to manipulate isothermally. Here we present the first room temperature field switching of interlayer magnetic coupling at the metallic heterointerface between a ferromagnet and antiferromaget. Specifically, we demonstrate that the exchange bias can be systematically switched by manipulating the global time-reversal-symmetry-broken antiferromagnetic order of Mn3Sn via both magnetic field sweeping and field cooling. Furthermore, we confirm that the magnitude and sign of the interlayer coupling can be tuned by selecting the ferromagnet. These findings provide a novel approach for controlling the magnetic state of ferromagnets and functional antiferromagnets, paving the way for advancing spintronic technologies using antiferromagnets.

0403電子応用
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