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研究成果

公開日:2017.03.27

熱を利用したスピンデバイスの高精度な評価法の開発~新しい省エネデバイスへの応用に期待~

研究成果 理学

 九州大学大学院理学研究院、量子ナノスピン物性研究センターの木村崇主幹教授、理学府の野村竜也氏(博士3年)らの研究グループは、西安交通大学の研究グループと共同で、熱により巨大なスピン流の生成が可能である物質CoFeAl と他の強磁性金属を組み合わせてスピンデバイスを作製し、これまで困難であった強磁性金属の熱スピン注入特性を高精度に評価する手法の開発に成功しました。
 エレクトロニクスデバイスの更なる高性能化・高機能化の観点から、スピン角運動量の流れであるスピン流を用いたデバイスが注目されています。スピン流を用いることで、情報の担い手を電荷からスピンに替え、不揮発性やジュール熱の最小限化など、消費電力の大幅な低減が期待できると共に、スピンの方向自由度を用いた多彩な特性をデバイスに付加させることができます。本研究グループは、このようなスピンデバイスのカギとなる物理量「スピン流」を更に発展させた電流を伴わないスピン流「純スピン流」に着目し、これまでさまざまな制御技術を開発してきました。この純スピン流を利用することにより、前述の電流による不要なエネルギー損失を排除することが出来、更によりエネルギー効率の良いスピンデバイスの動作が可能になると期待されています。
本研究で確立された手法を用いることで、あらゆる強磁性金属の熱スピン注入特性を評価することができます。熱スピン注入特性は、強磁性金属内部の電子状態を反映しているため、物性研究の新しいツールとしての利用が期待されます。また、より高効率な熱スピン注入特性を持つ物質の探索が可能となり、熱を活用したスピンデバイスの性能向上につながるとともに、現在使用されず捨てられている電子回路上の排熱等を効率的に利用し動作させる新しい省エネデバイスへの応用に期待されます。
本研究は、文部科学省・新学術領域創成型研究「ナノスピン変換科学」、科学研究費補助金・基盤研究(S)(課題番号:25220605)などの支援のもとに行われ、2017年3月20日(月)に Physical Review B誌の Rapid Communicationsに掲載されました。

作製した横型スピンバルブの電子顕微鏡写真と入力端子と出力端子を入れ替えた二種類の測定端子配置の模式図

二種類の端子配置で測定した際の出力電圧の磁場依存性。端子配置Aでは、170 nVの明瞭なスピン信号が検出されているが、端子配置Bでは、熱流起因の信号が支配的になっている。

研究者からひとこと

 本現象、熱勾配(単位長さあたりの温度差)が重要で、必ずしも高い温度が必要ではありません。
構造もシンプルなため、排熱を効率的に利用できる素子の実現が期待されます。

研究に関するお問い合わせ先

理学研究院 主幹教授 木村 崇 

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