Mo/CoFeB/MgAl₂O₄における巨大な垂直磁気異方性を実現した研究成果はApplied Physics Letters誌に掲載されました。本研究はウェスタンデジタル社との共同研究の成果です。

Zhang Ruixian, Sho Kagami, Daiki Ito, Quang Le, Brian York, Cherngye Hwang, Xiaoyong Liu, Son Le, Maki Maeda, Tuo Fan, Yu Tao, Hisashi Takano, Pham Nam Hai, “Giant perpendicular magnetic anisotropy in Mo/Boron-rich CoFeB/MgAl₂O₄ structure”, Appl. Phys. Lett. 127, 232403 (2025).

図(a)2重CoFeB構造 (b)垂直磁界および(c)面内磁界を印加した時の異常ホール抵抗（～磁化垂直成分）曲線。

現在のMRAMはCMOS 14~16 nm対応にとどまっている。これより微細化すると、磁性体の熱揺らぎによって、データの保持能力が低下する。より微細なCMOSプロセス対応可能なMRAM素子を実現するためには、より高い垂直磁気異方性を実現する必要がある。

本研究では、独自開発したMo/B-rich CoFeB/MgAl₂O₄構造を採用することによって、300℃～400℃熱処理後に、B(ボロン)を絶妙に磁性層に残し、低い反磁界エネルギーを実現することで、巨大な異方性磁界H_k ~ 17.5 – 19.5 kOe (従来の3倍)および巨大な磁気異方性エネルギーK_eff ~ 6.9 – 9.4×10⁶ erg/cc（従来の2倍）を実現した。その結果、MRAM素子サイズを22 nmまで低減できるため、CMOS 7 nmに対応できるようになった。さらに、2重CoFeB層（図a~c）を用いることで、MRAM素子サイズを14.5 nmまで微細化可能となり、より先端なCMOS 5 nmプロセスを対応可能となった。

電電ニュース: 5 nm CMOSプロセス対応可能な先端MRAM技術を開発
– MRAMの微細化を加速

Researchers develop the most advanced MRAM free layer to date

トポロジカルハーフホイスラ合金YPtBi/Ta/CoFeBにおける300度高温アニール耐久性、垂直磁気異方性および大きなスピンホール効果を実現した研究成果が下記の論文に掲載されました。本研究成果はウェスタインデジタル社との共同研究の成果です。

Sho Kagami, Reo Yamamoto, Zhang Ruixian, Ken Ishida, Quang Le, Brian York, Cherngye Hwang, Xiaoyong Liu, Son Le, Maki Maeda, Tuo Fan, Yu Tao, Hisashi Takano, and Pham Nam Hai, “Realization of perpendicular magnetic anisotropy and high spin Hall angle in topological semimetal YPtBi/Ta/CoFeB junctions”, Jpn. J. Appl. Phys. 64, 12SP07(2025).

なお、本論文はSPOTLIGHTSに選出されました。

スピンホール効果の強さを示すスピンホール角の様々な測定方法（スピン蓄積、スピントルク、スピンホール磁気抵抗）とその値の物理的な意義について調べた研究成果がJapanese Journal of Applied Physicsに掲載されました。本論文はウェスタンデジタル社との共同研究の成果です。

Min Liu, Zhang Ruixian, Quang Le, Brian York, Cherngye Hwang, Xiaoyong Liu, Xiaoyu Xu, Son Le, Maki Maeda, Tuo Fan, Yu Tao, Hisashi Takano and Pham Nam Hai, “Comparison of spin Hall angles measured by spin accumulation, spin–orbit torque, and spin Hall magnetoresistance”, Jpn. J. Appl. Phys. 64 103001 (2025).

強磁性半導体(Ga,Fe)Sbにおいて、世界最高のキュリー温度(530 K)を実現した研究成果はApplied Physics Letters誌に掲載されました。

Pham Nam Hai, Ken Takabayashi, Kota Ejiri, and Masaaki Tanaka, “Very high Curie temperature (470–530 K) in (Ga,Fe)Sb ferromagnetic semiconductor grown by step-flow mode on vicinal GaAs substrates”, Appl. Phys. Lett. 126, 162407 (2025).

強磁性半導体は半導体と磁性体の両方の特徴を有する材料で、半導体デバイスと磁性デバイスの機能性を融合するスピン機能半導体デバイスの実現に寄与すると期待されています。今までに (Ga,Fe) Sb強磁性半導体において達成できたキュリー温度は最高で420 K (147 ℃)でした。この値は室温より高いものですが、室温でスピン機能の半導体デバイスを安定的に動作させるためには、不十分です。また、添加したFe原子あたりの磁気モーメントが2~3 ボーア磁子程度であり、理想的な値の5ボーア磁子よりも小さいことから、添加したFe原子がすべて活性化しない（磁性へ貢献しない）ことが分かります。従って、室温でスピン機能の半導体デバイスを安定的に動作させるためには、強磁性半導体の高品質化（キュリー温度の増大、ボーア磁子の増大）の手法を開発する必要があると考えました。そこで、本研究では、ステップフロー成長法を用いて、高濃度のFe添加でも、高い結晶性を有する (Ga,Fe) Sb強磁性半導体を作製しました。この方法で作製した (Ga,Fe) Sbのキュリー温度は530 K（257℃）に達成し、従来の方法で作製したものよりも大幅にキュリー温度を上昇させることができました。さらに、室温におけるFe原子あたりの磁気モーメントは、従来よりも2倍大きい4.5ボーア磁子を達成しました。本研究成果は、室温で動作可能な低消費電力スピン機能半導体デバイスの実現に寄与すると考えられます。

図（a）作製したサンプルの断面構造。（b）電子顕微鏡像

プレスリリース：強磁性半導体の世界最高のキュリー温度を実現

Press release: Achieving a Record-High Curie Temperature in Ferromagnetic Semiconductor

トポロジカル半金属YPtBiにおけるPtとBi組成の役割を解明した研究成果がJapanese Journal of Applied Physicsに掲載されました。本研究はウェスタンデジタル社との共同研究の成果です。

Sho Kagami, Ohiro Fujie, Daiki Ito, Quang Le, Brian York, Cherngye Hwang, Xiaoyong Liu, Son Le, Maki Maeda, Tuo Fan, Yu Tao, Hisashi Takano and Pham Nam Hai, “Role of Pt and Bi on the giant spin Hall effect in topological semimetal YPtBi”, Jpn. J. Appl. Phys. 64, 053001 (2025).

トポロジカル絶縁体BiSbの(012)高配向およびエピタキシャル膜における熱処理効果とスピンホール効果に関する研究成果がJapanese Journal of Applied Physics誌に掲載されました。本研究はウェスタンデジタル社との共同研究成果です。

Quang Le, Brian R. York, Cherngye Hwang, Xiaoyong Liu, Lei Xu, Son Le, Maki Maeda, Tuo Fan, Yu Tao, Hisashi Takano, Min Liu, Zhang Ruixian, Shota Namba and Pham Nam Hai, “Thermal reliability and spin Hall angle of highly textured and epitaxial Bi_0.9Sb_0.1(012) topological insulator”, Jpn. J. Appl. Phys. 64, 043001 (2025).

トポロジカル絶縁体・磁性体界面のスピンホール効果向上メカニズムを解明した研究成果がJournal of Applied Physics誌に掲載されました。本研究はウェスタンデジタル社との共同研究の成果です。

Quang Le, Xiaoyong Liu, Lei Xu, Brian R. York, Cherngye Hwang, Son Le, Maki Maeda, Tuo Fan, Yu Tao, Hisashi Takano, Min Liu, Zhang Ruixian, Shota Namba, and Pham Nam Hai, “Effects of metal, oxide, and hybrid metal-oxide interlayers on spin–orbit torque in BiSb topological insulator and magnetic interfaces”, J. Appl. Phys. 137, 123903 (2025)

トポロジカル絶縁体BiSbにおけるドーピング効果に関する研究成果はJapanese Journal of Applied Physics誌に掲載されました。本研究はウェスタンデジタル社との共同研究の成果です。

Quang Le, Brian R. York, Cherngye Hwang, Xiaoyong Liu, Michael A. Gribelyuk, Son Le, Lei Xu, Jason James, Jose Ortega, Maki Maeda, Tuo Fan, Hisashi Takano, Min Liu, Zhang Ruixian, Shota Namba and Pham Nam Hai, “Transport and material properties of doped BiSbX topological insulator films grown by physical vapor deposition”, Jpn. J. Appl. Phys. 63 123001 (2024).

本研究では、トポロジカル絶縁体BiSbに様々な元素や分子をドーピングし、その効果を評価しました。ドーピングによって表面やバルクの伝導率、格子定数比a/c、融点、硬度、結晶粒径などを制御できることを示し、将来的にSOTデバイス応用に有利に働くことを示しました。

トポロジカル絶縁体のスピンホール効果を用いた磁気センサーに関する研究成果がApplied Physics Letters誌に掲載されました。本研究はウェスタンデジタル社との共同研究の成果です。

Min Liu,  Zhang Ruixian, Quang Le, Brian York, Cherngye Hwang, Xiaoyong Liu, Michael Gribelyuk, Xiaoyu Xu, Son Le, Maki Maeda, Tuo Fan, Yu Tao, Hisashi Takano, Pham Nam Hai, “Spin Hall magnetic field sensing device using topological insulator”, Appl. Phys. Lett. 125, 242401 (2024).

本研究では、先行研究の逆スピンホール効果を用いた磁気センサーの研究に続き、スピンホール効果でも同様に磁界センシングできること、トポロジカル絶縁体BiSbの巨大なスピンホール効果による大きな出力電圧が得られたこと、さらに、トポロジカル絶縁体におけるスピンホール効果と逆スピンホール効果の相反関係も確認できました。