論文掲載:トポロジカル絶縁体で世界最高性能の純スピン注入源を開発

博士課程のKhang君の研究成果が英国の学術誌Nature materialsに掲載されました。

掲載誌 :
Nature Materials, 17, 808–813 (2018)
論文タイトル :
A conductive topological insulator with large spin Hall effect for ultralow power spin-orbit torque switching
著者 :
Nguyen Huynh Duy Khang, Yugo Ueda, Pham Nam Hai
DOI :

今回の研究は次世代スピン軌道トルク磁気抵抗メモリの実現に向けた、トポロジカル絶縁体であるBiSbの(012)面方位を用いた世界最高性能の純スピン注入源を開発しました。

スピン軌道トルク磁気抵抗メモリは、スピンホール効果による純スピン流を用いて、高速で書き込みができる次世代の不揮発メモリ技術です。しかし、従来から純スピン流源として使われている白金やタングステンなどの重金属は、スピンホール角が低い(0.1~0.4程度)という問題がありました。本研究では、BiSb(ビスマス/アンチモン)トポロジカル絶縁体薄膜を評価したところ、電気伝導率が金属並みと高い上に、室温でも超巨大なスピンホール角(~52)を示すBiSb(012)面を発見しました。さらに今回、BiSb(012)の薄膜を用いて、従来よりも1桁~2桁少ない電流密度でMnGa(マンガン/ガリウム)垂直磁性膜の磁化反転を実証しました。

このBiSbをスピン軌道トルク磁気抵抗メモリへ応用すると、データの書き込みに必要な電流を1桁、エネルギーを2桁低減でき、さらに記録速度を20倍、記録密度を1桁向上させられます。

本成果は、トポロジカル絶縁体を用いた場合、特性が優れたSOT-MRAMを実現することで、トポロジカル絶縁体の産業応用のきっかけになる可能性があります。

トポロジカル絶縁体を応用した高性能磁気メモリが実現できれば、組み込みメモリ(SRAMやFLASH)やワーキングメモリ(DRAM)の置き換えができることから、電子機器の省エネルギー化というインパクトがあるだけでなく、5~10兆円の新メモリ市場の展開も期待できます。今後は、産業界と連携して、SOT-MRAMの早期実用化を目指します。

プレスリリース:トポロジカル絶縁体で世界最高性能の純スピン注入源を開発。次世代スピン軌道トルク磁気抵抗メモリの実現に期待

Press release: A colossal breakthrough for topological spintronics

電気電子系ニュース:トポロジカル絶縁体で世界最高性能の純スピン注入源を開発

EE Times Japan:  トポロジカル絶縁体で高性能純スピン注入源開発

新しいメンバー

シンガポール南洋理工大学(NTU)からMaria Wei Yee LEEさんが海外交流学生として研究室に滞在して、研究を開始しました。

AAPPS BulletinにFeature Articleが掲載

アジア太平洋地域物理学会の機関誌AAPPS Bulletinに博士課程のHiep君の研究成果がFeature Articleとして掲載されました。

Duong Dinh Hiep, Masaaki Tanaka, Pham Nam Hai, “Spin-valve Effect in Nanoscale Si-based Devices”, AAPPS Bulletin Vol. 28, No. 3, pp 7-15 (2018)

論文掲載:n型室温強磁性半導体(In,Fe)Sbの創製

東京大学と共同でn型室温強磁性半導体(In,Fe)Sbの作製に成功した研究成果がApplied Physics Express誌に掲載されました。

Nguyen Thanh Tu, Pham Nam Hai, Le Duc Anh, and Masaaki Tanaka, “High-temperature ferromagnetism in new n-type Fe-doped ferromagnetic semiconductor (In,Fe)Sb”, Appl. Phys. Express 11, 063005 (2018).

今回の研究は室温以上のキュリー温度を示すn型強磁性半導体を実現できただけでなく、鉄系強磁性半導体のキュリー温度はバンドギャップが小さくなればなるほど高くなる傾向があることを示し、従来の平均場Zenerモデルと対照的であることを明らかにしました。特に、従来の平均場Zenerモデルでは、n型強磁性半導体のキュリー温度が1 Kを超えられないと予測したことから、今回の研究成果の意義が大きい。

新しいメンバー

新B4の中野君、高橋君、新M1の市村君、曾智君、新研究生の脱凡君が研究室のメンバーとして加わりました。皆さんの活躍を期待します。

論文掲載:(In,Fe)Sb強磁性半導体におけるプレーナーネルンスト効果

博士研究員のTinh氏の(In,Fe)Sb強磁性半導体におけるプレーナーネルンスト効果に関する研究成果がJournal of Applied Physics誌に掲載されました。

Cong Tinh Bui, Christina A. C. Garcia, Nguyen Thanh Tu, Masaaki Tanaka, and Pham Nam Hai, “Planar Nernst effect and Mott relation in (In,Fe)Sb ferromagnetic semiconductor”, J. Appl. Phys. 123, 175102 (2018).

従来の研究では、磁化が面直な磁性体において、磁気電気伝導と磁気熱伝導の間にモット関係が成り立つ事が証明されましたが、磁化が面内の場合、そのモット関係が分かっていませんでした。今回の研究で面内の磁気電気伝導と磁気熱伝導の間にもそのモット関係が成り立つ事を初めて示すことができました。

国際学会発表:Intermag2018

博士課程のHiep君、Khang君と修士課程の八尾君が国際学会Intermag2018に下記の発表を行いました。

[DC-02]Khang Nguyen, Yugo Ueda, Nam Hai Pham, “Ultra-low-power  spin-orbit-torque switching using the colossal spin Hal effect in BiSb topological insulator”

[DC-03]Kenichiro Yao,  Takanori Shirokura, Nam Hai Pham, “Role of surface states in the generation of the colossal spin Hal effect in BiSb topological insulator”

[HD-06] Hiep Duong, Masaaki Tanaka, Nam Hai Pham, “Large spin-valve effect in Si nano spin-valve devices”

論文掲載:(In,Fe)Sb強磁性半導体の磁性の電界制御

強磁性半導体(InFe)Sbの磁性を電界効果を使って、制御できることを示した研究成果がAppl. Phys. Lett.誌に掲載されました。

Nguyen Thanh Tu, Pham Nam Hai, Le Duc Anh, Masaaki Tanaka,”Electrical control of ferromagnetism in the n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)Sb with high Curie temperature”, Appl. Phys. Lett. 112, 122409 (2018)

第65回応用物理学会春季学術講演会で発表

第65回応用物理学会春季学術講演会で、博士研究員のTin氏、D3のHiep君、D2のKhang君、B4の白倉君、共同研究者のNguyen氏、小林氏、および坂本氏が下記の発表を行います。

[17p-D104-3] Room-temperature colossal spin Hall effect in topological insulator Bi0.9Sb0.1(012) thin films for ultra-low-power spin-orbit-torque switching
〇Nguyen HuynhDuy Khang、Yugo Ueda、Hai Pham Nam

[17p-P10-89] Inverse spin valve effect in nano-scale Si-based spin-valve devices
〇Dinhhiep Duong、Masaaki Tanaka、Nam Hai Pham

[17p-D104-4] Temperature dependence of the colossal spin hall effect in a BiSb(001)/MnAs bi-layer
〇Takanori Shirokura、Kenichiro Yao、Pham Nam Hai

[20a-D104-3] Electrical control of ferromagnetism in the n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)Sb with high Curie temperature
〇Tu Thanh Nguyen、Nam Hai Pham、Duc Anh Le、Masaaki Tanaka

[20a-D104-9] Magneto-thermopower in Ferromagnetic Semiconductor In1-xFexSb
〇CONG TINH BUI、CHRISTINA GARCIA、NGUYEN THANH TU、MASAAKI TANAKA、PHAM NAM HAI

[20a-D104-1] Effect of Be Doping on the Electronic Structure of n-Type Ferromagnetic Semiconductor (In,Fe)As
〇MASAKI KOBAYASHI、HISAO KIUCHI、HIDEHARU NIWA、JUN MIYAWAKI、ATSUSHI FUJIMORI、LE DUC ANH、PHAM NAM HAI、MASAAKI TANAKA、MASAHARU OSHIMA、YOSHIHISA HARADA

[20a-D104-7] Magnetization process of the insulating ferromagnetic semiconductor (Al,Fe)Sb
〇Shoya Sakamoto、Duc Anh Le、Nam Hai Pham、Yukiharu Takeda、Masaki Kobayashi、Ryosho Nakane、Yuki Wakabayashi、Yosuke Nonaka、Keisuke Ikeda、Zhendong Chi、Yuxuan Wan、Masahiro Suzuki、Yuji Saitoh、Hiroshi Yamagami、Masaaki Tanaka、Atsushi Fujimori

論文掲載:(In,Fe)As強磁性半導体のスピン状態とバンド構造を解明

(In,Fe)As強磁性半導体のスピン状態とバンド構造を解明した研究成果がApplied Physics Letters誌に掲載されました。

Le Duc Anh, Pham Nam Hai, Masaaki Tanaka, “Electrical tuning of the band alignment and magnetoconductance in an n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As-based spin-Esaki diode”, Appl. Phys. Lett. 112, 102402 (2018).

今回の研究ではn-(In,Fe)As/p-InAsの江崎ダイオード構造において、トンネル分光法を用いて、(In,Fe)As強磁性半導体のスピン状態とバンド構造を解明しました。

さらに、本研究は、トップクラスの論文としてFeatured Articleおよび米国物理協会(American Institute of Physics)のScience Highlightにも選べられ、解説記事が掲載されました。

Science Highlightに選べられたのは3回連続になります。

アーカイブ

カテゴリー