【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.24】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24TU0118

利用課題名 / Title

磁性体単結晶の微細加工による高密度電流応答の研究

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

スピントロニクスデバイス/ Spintronics device,集束イオンビーム/ Focused ion beam

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

増田 英俊

所属名 / Affiliation

東北大学金属材料研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

兒玉裕美子

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術相談/Technical Consultation

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TU-508：集束イオンビーム加工装置
TU-521：プラズマ集束イオンビーム加工装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

スピントロニクスは従来強磁性体を舞台として発展してきたが、漏れ磁場による集積密度の限界や応答速度の限界が問題となっている。本研究では反強磁性体、らせん磁性体などの多彩な磁性体を用いた新たな原理によるスピントロニクス実現の可能性を追求する。最近では反強磁性体スピントロニクスの試みが盛んになっており[V. Baltz et al. Rev. Mod. Phys. 90, 015005 (2018)]、また申請者らはらせん磁性体スピントロニクスの可能性を実証した[N. Jiang et al. Nat. Commun. 11, 1601 (2020)]。このような動機のもと、本研究ではさまざまな磁性金属単結晶を集束イオンビーム装置により加工し、マイクロメートル程度の大きさの試料に~10¹⁰A/m²程度の大電流密度を印加できるデバイスを作製する。これにより反強磁性体、らせん磁性体などのさまざまな磁性体が示す多彩な高密度電流応答を明らかにする。

実験 / Experimental

らせん磁性体YMn₆Sn₆、CrAs、α-EuP₃に対して、集束イオンビーム装置ならびに各種リソグラフィー装置、蒸着装置を用いた微細加工を行った。その結果、断面積約1μm²の試料に対して~10⁸ A/m²程度の大電流密度を印加できるデバイスを作成することができた。このデバイスに対して、超電導マグネットならびにロックインアンプ、AC/DC電流源などを用い、磁場中での電気伝導特性を詳細に測定した。

結果と考察 / Results and Discussion

らせん磁性体にYMn₆Sn₆において、直流電流と磁場を同時に印加することでらせん磁気構造のヘリシティー（らせんの右巻き・左巻き）を制御した。その上で、磁場中において電流方向の正負によって電気伝導度が異なる非相反電気伝導と呼ばれる現象を観測した。ヘリシティー制御に用いた磁場、電流の符号に対して非相反電気伝導の符号が変化することを見出しており、ヘリシティーが実際に制御できていると考えられる。さらに観測した非相反電気伝導の大きさは、らせん磁性-強磁性相境界で急激に発達する特徴的な振る舞いを示すことが明らかになった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Alex Hiro Mayo, Band asymmetry–driven nonreciprocal electronic transport in a helimagnetic semimetal α-EuP ₃, Proceedings of the National Academy of Sciences, 122, (2025).
   DOI: 10.1073/pnas.2405839122
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件