Pham Nam Hai Research Group

スピン軌道トルクを用いた面内磁化反転の新しい検出方法の提案と実証に関する研究成果がApplied Physics Letters誌に掲載されました。
Nguyen Huynh Duy Khang, Pham Nam Hai, “Spin–orbit torque as a method for field-free detection of in-plane magnetization switching”, Appl. Phys. Lett. 117, 252402 (2020).

垂直磁化の単膜磁性体の磁化反転の検出は異常ホール効果が用いられています。しかし、面内磁化膜の場合、反転の検出方法がありませんでした。そこで、磁化反転の後に、面内に磁場を印加して、プレナーホール効果を測定する方法がありますが、磁場印加が必要でした（米国ウェステンデジタル社が提案した方法）。本研究では、面内磁化反転の後に、スピン軌道トルクを用いて、磁化を少し傾けることで、外部磁場印加をしなくても、磁化反転を検出できる方法を提案し、実際に磁化反転の検出を実証しました。本方法は磁気抵抗メモリや磁壁駆動磁性細線メモリの研究開発に応用できると期待できます。

日本原子力研究開発機構、東京大学、京都産業大学との共同研究で、強磁性半導体物質GaMnAsの磁化機構を解明した研究成果がJournal of Applied Physics誌の注文論文として掲載されました。

Yukiharu Takeda, Shinobu Ohya, Pham Nam Hai, Masaki Kobayashi, Yuji Saitoh, Hiroshi Yamagami, Masaaki Tanaka, and Atsushi Fujimori, “Direct observation of the magnetic ordering process in the ferromagnetic semiconductor Ga_1-xMn_xAs via soft x-ray magnetic circular dichroism”, Journal of Applied Physics 128, 213902 (2020).

GaMnAsは最初に合成された強磁性半導体でありながら、その磁化機構が長い間に論争になっています。特に、磁化が空間的に均一としたZener p-d交換モデルが信じられてきました。今回の研究では、X線磁気円二色法を用いて、高温から温度を下げながら、磁化過程を測定しました。その結果、キュリー温度以上の高い温度領域から局所的に超常磁性領域が出現し、キュリー温度温度以下でグローバルな磁化が出現したという非均一な磁化過程を明らかにした。従って、GaMnAs中のMn原子が均一に分布しても、磁化が決して均一ではないことが分かります。

トポロジカル絶縁体におけるスピンホール効果のレビュー論文がJournal of the Magnetics Society of Japanに掲載されました。

Pham Nam Hai, “Spin Hall Effect in Topological Insulators”, J. Magn. Soc. Jpn. 44, 137-144 (2020).

Si基板上に製膜したトポロジカル絶縁体BiSbによる超低消費電力スピン軌道トルク磁化反転の実証に関する研究成果がScientific Reports誌に掲載されました。

Nguyen Huynh Duy Khang, Soichiro Nakano, Takanori Shirokura, Yasuyoshi Miyamoto & Pham Nam Hai, “Ultralow power spin–orbit torque magnetization switching induced by a non-epitaxial topological insulator on Si substrates”, Scientific Reports 10, 12185 (2020). 

BiSbトポロジカル絶縁体は当研究室が開発した世界最高性能のスピン注入源であり、次世代の不揮発性メモリと期待されているスピン軌道トルク磁気抵抗メモリ(SOT-MRAM)の実現に大変有望な材料ですが、III-V族半導体基板上に成長しないと単結晶ができないという問題がありました。そこで、本研究では、Si基板上に、製膜したBiSbの性能評価を行いました。その結果、Si基板上のBiSbは単結晶でなくても、従来の重金属や他のトポロジカル絶縁体より1桁～2桁高いスピンホール角を確認でき、さらにCoTbフェリ磁性体を0.07 MA/cm²という世界最小の電流密度で磁化反転の実証に成功しました。さらに、10 nsというDRAM並みの高速書き込みにも成功しました。

GaAsオフ基板上に(In,Fe)Asを結晶成長させ、オフ基板表面の原子ステップにFeが集まりやすい現象を利用して、室温強磁性を達成した研究成果はJapanese Journal of Applied Physics誌に掲載されました。

Pham Nam Hai, Munehiko Yoshida, Akihide Nagamine and Masaaki Tanaka, “Inhomogeneity-induced high temperature ferromagnetism in n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As grown on vicinal GaAs substrates”, Jpn. J. Appl. Phys. 59 063002 (2020).

本研究によって、Pham准教授が提言してきたすべての鉄系強磁性半導体, (In,Fe)As, (Ga,Fe)Sb, (In,Fe)Sbの室温強磁性を達成しました。