SAMURAI - NIMS Researchers Database

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研究内容

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

書籍
口頭発表
その他の文献

所属学会

応用物理学会, 日本磁気学会

受賞履歴

  • 日本磁気学会 第43回学術講演会 ポスター講演賞 (2019)
  • つくば3Eフォーラム賞(つくば3Eフォーラム) (2017)
  • 日本磁気学会 論文賞 (2017)
  • 第15回インテリジェント・コスモス奨励賞(インテリジェント・コスモス学術振興財団) (2016)
  • 日本磁気学会 論文賞 (2015)
  • パワーアカデミー研究助成 萌芽研究優秀賞(電気事業連合会) (2015)
  • 日本磁気学会 学術奨励賞(内山賞) (2015)
  • 原田研究奨励賞(公益財団法人 本多記念会) (2011)
  • Best Contribution Award(東北大学電気系21世紀COEプログラム) (2005)

外部資金獲得履歴

  • 科研費基盤(C)(代表)「スピン軌道トルク磁化反転の高効率化に向けたコヒーレント成長窒化物ヘテロ接合の応用 」 (2019)
  • 科研費基盤(A)(分担)「高異方性垂直磁化膜の創製と磁化反転制御 」 (2019)
  • 科研費基盤(B)(分担)「 あの数秒間を打開する緊急地震超速報ネットワークによる都市直下型地震検知の実践 」 (2018)
  • 第15回インテリジェントコスモス助成金(代表)「様々な電磁力駆動装置の永久磁石材料コスト半減へ向けた同極対向着磁法による磁束強化ボンド磁石作製ならびに量産化プロセスの確立」 (2016)
  • 日立金属・材料科学財団 国際交流助成(代表)「標準ならびに逆強磁性トンネル接合を用いた論理回路」 (2016)
  • 御器谷科学技術財団 研究開発助成金(代表)「新規同極対向着磁法による磁束密度の50%強化と応用分野の開拓」 (2016)
  • 科研費基盤(C)(分担)「極微小地磁気変化信号解析による地震断層運動およびその前駆現象の解明」 (2015)
  • 科研費基盤(B)(分担)「従来技術の壁を超える「緊急地震超速報」による最速地震検知網の構築」 (2015)
  • 加藤科学振興会研究助成金(代表)「光ピックアップ製造コスト削減ならびに駆動感度向上を両立する量産化対応小型ハルバッハ配列永久磁石材料の開発」 (2015)
  • 電気事業連合パワーアカデミー研究助成 萌芽研究(代表)「逆ならびに通常磁気抵抗効果の融合による不揮発・超低消費電力対応型,論理演算回路の動作実証と実装化指針の考察」 (2014)
  • 日立金属・材料科学財団 材料物性研究助成(代表)「窒化鉄およびコバルト基合金薄膜を用いた複合型強磁性トンネル接合素子による新規論理演算機能の創出」 (2014)
  • 科研費基盤(A)(分担)「強誘電体障壁強磁性トンネル接合素子の開発と電界効果によるスピン輸送制御」 (2014)
  • 科研費若手(B)(代表)「負のスピン分極材料の磁気緩和制御と高効率微細スピン注入源への新展開」 (2012)
  • 科研費基盤(C)(分担)「3.11東北大地震の誘発地震頻発地域での微少地磁気変化の超高感度計測による観測」 (2012)
  • 科研費活動スタート支援(代表)「新奇電子デバイスの創成へ向けたインバース電流誘起磁化反転現象の応用に関する研究」 (2010)
  • 電気事業連合パワーアカデミー研究助成 萌芽研究(代表)「電流駆動固体磁気メモリの低消費電力化ならびに希少金属の維持へ向けた新磁性薄膜材料の開発」 (2010)
磁性・スピントロニクス材料研究センター
タイトル

軽元素マネジメントによる磁性スピン機能拡大

キーワード

非金属軽元素(ホウ素・炭素・窒素),磁性薄膜,スピントロニクス

概要

金属元素を操作して新しい材料特性を創出する試みは常套手段として古くから取り組まれてきたが、近年、複合アニオン物質のように化合物中のアニオンの一部を他のそれで置換し、機能性を導出する試みが行われている。本研究では、侵入型軽元素を安定サイトではなく準安定サイトに固溶したスピントロニクス金属合金膜の新規開発、安定状態では得られない磁性・電子スピン状態を制御する手法の確立を通じ、Society5.0で必要なあらゆる種類の大容量磁気メモリや磁気・熱センサ技術への貢献を目指している。

新規性・独創性

結晶構造、薄膜結晶配向性を変えずして光学遷移、磁気構造の制御性を拡大。
電気抵抗率を変えずして、異常ホール伝導率の増大または減少の制御性を拡大。
世界最大のインバーストンネル磁気抵抗比(室温)、インバース電流誘起磁化反転現象など「新奇な」電子スピン輸送特性の導出。

内容

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高密度磁気ストレージ、磁気センサなどのスピントロニクスデバイスの性能向上は、将来のSociety5.0を実現する上で不可欠である。本研究では新材料開発をもってこの課題解決を図っている。例えばスピン軌道相互作用が強い白金、タングステンなどの重金属を使わずして、同等以上のスピン軌道トルクやその逆特性の導出を行っている。ホウ素、炭素、窒素はその軽さの割に電子状態に与える寄与が非常に大きいことが最近の研究で明らかとなり、研究分野を問わずあらゆる機能性開拓を支えるコンセプトとして期待されるようになった。実際に固体磁気メモリのテスト素子において、電流反転効率の明らかな改善が認められるなど、応用に向けた軽元素の効果が実証されている。

軽元素の占有サイトを単位胞内で制御できれば、スピン偏極率のみならず磁性までも自由設計できる。電荷移動のみならず軽元素本体の遷移、移動であるため、従来の水素原子拡散の場合と比べて大幅な設計自由度(正から負にわたるスピン偏極率や反強磁性/強磁性転移)を獲得できる。本研究ではイオン液体を介した高効率な電圧誘起軽元素遷移を通して、スピン偏極率再構成、磁気相転移制御技術の確立に取り組んでいる。電圧効果以外にも、レーザー局所加熱、円偏光による角運動量注入、圧電素子による機械的歪みなど、最適な制御方法の探索も視野に入れている。

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まとめ

わずかなホウ素の固溶で、光学遷移、磁気構造の制御性を拡大した。
わずかな炭素の固溶で、異常ホール伝導率の10倍増大を達成した。
遷移金属窒化物薄膜において世界最高性能かつ新奇デバイス特性を実証した。
 今後は準安定相を含めて軽元素の効果を巨視的に理解し、材料探索のデファクトスタンダード化を目指す。

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