Pham Nam Hai Research Group

Si基板上のトポロジカル絶縁体BiSbによる超低電流磁化反転に成功した研究成果がApplied Physics Letters誌に掲載されました。

Tuo Fan, Nguyen Huynh Duy Khang, Takanori Shirokura, Ho Hoang Huy, Pham Nam Hai, “Low power spin–orbit torque switching in sputtered BiSb topological insulator/perpendicularly magnetized CoPt/MgO multilayers on oxidized Si substrate”, Appl. Phys. Lett. 119, 082403 (2021).

トポロジカル絶縁体は高いスピンホール効果を示し、次世代SOT-MRAMのスピン流源として注目されていますが、今までは主にIII-V族半導体やサファイア基板など、単結晶基板の上にエピタキシャル製膜したBiSb膜しか性能評価されませんでした。今回にデバイス応用に適する酸化Si基板の上にスパッタリング法で製膜したMgO (10nm) / Pt(0.8nm) / Co(0.6nm) / Pt(0.8nm) / BiSb (10nm)構造において、比較的に高いスピンホール角（2.4)と電気伝導率(1.0 x 10⁵ Ohm^-1m^-1)のBiSb膜を用いて、高い垂直磁気異方性(4.5 kOe)の磁性膜の磁化反転に成功しました。本成果はBiSbトポロジ絶縁体が実用的なスピン流材料であることを実証しました。

アモルファス合金YPtのスピンホール効果の起源を解明した研究成果がApplied Physics Express誌に掲載されました。

Takanori Shirokura, Kou Fujiwara and Pham Nam Hai, “Spin Hall effect in amorphous YPt alloy”, Appl. Phys. Express 14, 043002 (2021).

スピンホール効果は一般に散乱によって生じる外因性スピンホール効果とバンド構造のベリー位相による内因性スピンホール効果がありますが、原子レベルの規則性が無いアモルファス合金におけるスピンホール効果の起源は今までよく理解されていませんでした。本研究では、アモルファス合金YPtにおいて、世界で初めてアモルファス合金でもベリー位相による内因性スピンホール効果が存在しえることを明らかにしました。また、YPtはアモルファス状にもかかわらず、スピン拡張がPt合金よりも3倍が長いことが分かった。

東京大学と他の国際機関との共同研究で、ｎ型強磁性半導体(In,Fe)Asの光電子分光に関する研究成果がPhysical Review B誌に掲載されました。

Masaki Kobayashi, Le Duc Anh, Jan Minár, Walayat Khan, Stephan Borek, Pham Nam Hai, Yoshihisa Harada, Thorsten Schmitt, Masaharu Oshima, Atsushi Fujimori, Masaaki Tanaka, Vladimir N. Strocov, “Minority-spin impurity band in n-type (In,Fe)As: A materials perspective for ferromagnetic semiconductors”, Phys. Rev. B 103, 115111 (2021).

本研究により、ｎ型強磁性半導体(In,Fe)Asのバンド構造を明らかにしました。特に電子が予測通りに伝導帯に滞在し、またバンドギャップ中にFeの不純物バンドも観測されました。

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。