電流を使わず人工反強磁性体の電界制御技術を構築~超省エネルギー型スピントロニクスデバイスへの応用に新たな扉~

2025-12-10 名古屋大学

名古屋大学らの研究グループは、コバルト/ルテニウムからなる人工反強磁性体[Co/Ru/Co]エピタキシャル多層膜を圧電単結晶PMN-PT上に成長させ、電流を流さず電界だけで層間磁気結合を変調できることを実証した。PMN-PTに印加した電界による逆圧電効果で歪みを生じさせ、それがRu層の電子状態を変化させることで、Co層間の交換結合強度が制御されることを実験・マイクロマグネティクスシミュレーション・第一原理計算の比較から解明した。ジュール発熱を伴う電流制御を用いずに磁化配向を切り替えられるため、超低消費電力な電界制御型反強磁性スピントロニクスデバイス実現への重要な材料・物理基盤となる。

電流を使わず人工反強磁性体の電界制御技術を構築~超省エネルギー型スピントロニクスデバイスへの応用に新たな扉~

<関連情報>

合成反強磁性体における圧電歪による層間結合の電場変調 Electric Field Modulation of Interlayer Coupling via Piezostrain in a Synthetic Antiferromagnet

Yuichi Hisada, Sachio Komori, Keiichiro Imura, Chenyu Shen, Yoshihiro Gohda, Calvin Ching Ian Ang, Wen Siang Lew, Tomoyasu Taniyama
Advanced Science  Published: 28 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/advs.202517798

Abstract

Controlling the interlayer exchange coupling (IEC) in synthetic antiferromagnets (SAFs) using an electric field is a promising approach for developing energy-efficient spintronic devices, as it enables magnetization switching without electrical current. In this study, the modulation of the IEC through electric field-induced strain in a Co/Ru/Co SAF on a Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) multiferroic heterostructure is demonstrated. It is found that both the IEC and the uniaxial magnetic anisotropy energy are modulated by applying an electric field to the Co/Ru/Co/PMN-PT structure. This modulation is evident from the behavior of the minor hysteresis loops observed in our experiments and micromagnetic simulations. Additionally, it is clarified that the in-plane piezoelectric strain transferred from the PMN-PT to the Co/Ru/Co SAF layer enhances the strength of the antiferromagnetic IEC. Notably, the efficiency of this enhancement due to piezoelectric strain is strongly correlated with the thickness of the Ru spacer, a finding that aligns with our first-principles calculations. Controlling the IEC via the piezoelectric strain transfer effect using an electric field enables the manipulation of antiferromagnetic order with extremely low energy consumption, offering significant potential for energy-efficient spintronic memory devices.

0403電子応用
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