小野 輝男教授ら「磁壁移動の閾電流値を下げる新しい方法の発見：次世代磁壁メモリの実現に前進」(2012年9月10日「Nature Nanotechnology」誌にオンライン公開)

平成24年9月 トピックス

小野 輝男教授ら
（材料機能化学研究系 ナノスピントロニクス研究領域）

この研究成果は、英国科学誌Nature Nanotechnology誌に2012年9月10日にオンライン公開されました。

材料機能化学研究系 ナノスピントロニクス研究領域の小野輝男教授、小林研介准教授(現大阪大学教授)、千葉大地准教授、Kab-Jin Kim研究員、元大学院生の小山知弘さん(現カイザースラウテルン工科大学研究員)、大学院生の上田浩平さん、吉村瑶子さんは、仲谷栄伸教授(電気通信大学)、水上成美准教授(東北大学)、河野浩准教授(大阪大学)、深見俊輔氏、石綿延行氏(以上、日本電気株式会社)、Andre Thiaville教授、山田啓介氏、Jean-Pierre Jamet氏、Alexandra Mougin氏(以上、パリ南大学)との共同研究で、強磁性ナノ細線における磁壁移動の閾電流を低減する新しい方法を発見しました。磁気記録デバイスの低消費電力化への寄与が期待できる成果であり、応用上の観点からも特筆すべきことです。さらに本研究では磁壁移動速度の加算性を利用してスピン分極率およびダンピング定数といったスピントロニクスデバイス開発で重要となる材料定数を見積もることが可能であることも示されています。

図1　磁壁の概念図。強磁性体の磁区と磁区の境界を磁壁と呼ぶ。磁壁内部では磁化がねじれた構造をとっている。電流を流すと磁壁内部の磁化はトルクを受け、磁壁全体が電流と逆方向(伝導電子の流れの向き)に移動する。

図2　磁壁の内部構造(ブロッホ磁壁とネール磁壁)の概念図。磁壁が電流で移動するとき、磁壁の内部構造はブロッホ→ネール→ブロッホ→…と周期的に変化する。閾電流は両者のエネルギー差に依存する。

図3　(左)閾電流密度と外部磁場の関係。この細線の閾磁場は200 Oeである。閾電流密度は、磁場を印加しない状態では4.5×1011 A/m2であるのに比べて、280 Oe印加した状態では2.6×1011 A/m2まで低減する。これは、閾磁場以上の磁場を印加したことで磁壁の構造変化(ウォーカー・ブレークダウン)が起こるので電流によりそれを誘起する必要がないため、より低電流で移動できることを示している。
(右)閾電流値を印加した状況では、電流と磁場による磁壁移動速度が500 Oe以上の広い磁場領域でよい一致を示す。この一致は、磁壁の移動速度が、電流および磁場による寄与の単純な足し合わせにより得られると考えれば説明できる。また、理論モデルと比較することで、スピン分極率やダンピング定数を見積もることもできる。

本研究の一部は、科研費基盤研究(S)「新規スピンダイナミクスデバイスの研究」、最先端研究開発支援プログラム「省エネルギー・スピントロニクス論理集積回路の研究開発」、および京都大学化学研究所共同利用・共同研究課題によって支援されました。