成果報告書詳細
管理番号20110000001397
タイトル平成18年度~平成22年度成果報告書 スピントロニクス不揮発性機能技術プロジェクト(3)
公開日2011/12/13
報告書年度2006 - 2010
委託先名国立大学法人京都大学
プロジェクト番号P06016
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約磁性細線中の磁壁を磁場ではなく電流によって前後に移動させることが出来ることが最近示された。この電流駆動磁壁移動現象を利用すれば、電流量やその極性によって磁性細線中での磁壁の位置を制御することが可能である。磁壁移動に必要な電流量は、磁性細線の微細化とともに減少する特徴を持つため、コイルを介して発生させた磁場による磁化状態制御技術を利用する従来の磁気デバイスに比べて電流駆動磁壁移動現象は、高速化、微細化、省電力化の面で大幅に優れた特性を持つ新規ストレージ・メモリデバイスの実現に結びつく潜在能力を秘めている。しかしながら、電流駆動磁壁移動現象の研究例はまだ少なく、磁壁駆動に必要な閾電流を決定するメカニズムや磁壁移動のダイナミクスなどの基礎的な知見が欠けている。そのため、デバイス開発に必須の駆動電流の低減や磁壁移動の高速化の指針といった基盤技術が不足しているのが現状である。この問題の解決のため、京都大学は、日本電気、電気通信大学(再委託)と共同して電流による強磁性金属ナノ構造中の磁壁の挙動を明らかにすることを目指して研究開発を行った。
 垂直磁気異方性を持つCo/Ni磁性細線にノッチ構造を付加したデバイスにおいて、電流パルスによって磁壁をノッチからノッチへ制御良く移動させることが出来ることを磁気力顕微鏡による直接観察によって実証した。さらに異常ホール効果を利用することで電流による磁壁移動を電気的に検出する手法を開発し、電流駆動磁壁移動現象のダイナミクスを詳細に研究した。その結果、Co/Ni積層垂直磁化膜を用いた細線素子における電流駆動磁壁移動が磁気異方性によって決定される内因性ピニングによることを解明し、しきい電流密度1.6 x 107A/cm2、および磁壁移動速度100m/sを達成した。
英文要約Title : Spintronics Nonvolatile Devices Project (Kyoto University)
It has been demonstrated recently that a magnetic domain wall (DW) in a magnetic wire can be displaced back and forth by positive and negative pulsed-current, respectively. This current-driven DW motion enables us to control the DW position in the wire by tuning the intensity, the duration and the polarity of the pulsed-current. In principle, the current amplitude required for the DW motion is reduced with decreasing the devise size. Thus, the current-driven DW motion has a potential to realize novel magnetic memory/storage devises which are superior to the conventional magnetic devises operated by the assistance of the magnetic field from the viewpoints of miniaturization and the power saving. However, the current-driven DW motion is quite new phenomenon and there is a lack of fundamental understanding such as the mechanism of the threshold current density required for the DW motion and the dynamics of the DW motion induced by the current. Kyoto University carried out the project on the dynamics of the current-driven DW motion with the collaboration of NEC and University of Electro-communications (recommission) in order to make the guiding principle for the reduction of the threshold current density and the high-speed DW motion which is indispensable to develop novel magnetic memory/storage devises.
We succeeded in the direct observation of the current-driven DW motion by magnetic force microscopy in a structured Co/Ni wire with perpendicular magnetic anisotropy. The wire has notches to define the DW position. It is demonstrated that single current pulses can precisely control the DW position from notch to notch. We also succeeded in electrical detection of DW motion induced by electric current in a Co/Ni nano-wire with perpendicular magnetic anisotropy. We demonstrated that the threshold current density for the current-driven DW motion in the Co/Ni wire with perpendicular magnetic anisotropy is determined by the intrinsic pinning, and thus that the adiabatic spin torque dominates the DW motion in this system. We obtained the smallest threshold current density of 1.6 x 107A/cm2. We also confirmed the high DW velocity of 100 m/s.
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