【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.14】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24TT0047
利用課題名 / Title
希土類元素-遷移金属細線上の磁壁電流駆動の高速化に関する研究
利用した実施機関 / Support Institute
豊田工業大学 / Toyota Tech.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【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
電子線リソグラフィ/ EB lithography,ワイヤーボンディング/ Wire Bonding,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device,走査プローブ顕微鏡/ Scanning probe microscope,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,スパッタリング/ Sputtering
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)
田中 雅章
所属名 / Affiliation
名古屋工業大学大学院工学研究科
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
粟野博之
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
TT-002：多機能薄膜作製装置
TT-014：電界放出形走査電子顕微鏡（FE-SEM）(電子ビーム描画機能付属）
TT-019：ナノ物性測定用プローブ顕微鏡システム
TT-022：磁気光学効果測定装置
TT-031：電子ビーム描画装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
強磁性細線上の磁壁は細線に電流を流すことでその位置が移動する。この現象は磁壁や磁区をデータとして取り扱い、電流で移動させて読み書きする磁気メモリーに応用できる。磁壁の駆動速度が向上できれば、この磁気メモリーの高速化や省電力化につながる。本研究では希土類元素のガドリニウム(Gd)と遷移金属の鉄(Fe)で構成された垂直磁化膜からなる細線を用いた磁壁に電流駆動速度の高速化を目指した。
実験 / Experimental
シリコン基板上に電子ビーム描画装置を用いて線幅が10マイクロメートルのレジストパターンを形成した後、多機能薄膜作製装置を用いてプラチナ/GdFeからなる薄膜を成膜し、レジストを除去することで細線を形成した。GdFeの組成および膜厚(8～20 nm)を変えた試料を用意した。細線の両端にワイヤボンダを用いてアルミ線を溶接して、パルス電流発生装置と接続した。細線に磁壁を生成した後、パルス電流で磁壁を駆動し、駆動前後の磁壁の位置を偏光顕微鏡で観察して移動距離を見積もった。パルス電流の印加時間と移動距離から磁壁の駆動速度を評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
電流の増加に従い磁壁駆動速度が増加することがわかった。また、同じ電流値の場合はGdFeの膜厚が減少するとともに速度が増加することがわかった。これはGdFeの膜厚の減少に伴い電流密度が増加したためと考えられる。また、GdFeの膜厚が10 nm以上の試料では電流値が増加しても磁壁の速度が500 m/s程度までしか上昇しないことがわかった。一方でGdFeの膜厚が最も薄い8 nmの試料では電流値の増加に伴い単調に磁壁速度が上昇して、速度上昇の飽和がないことがわかった。そして、膜厚が8 nmの試料では80 mAの電流を流すことで4000 m/s以上の非常に高速な磁壁駆動の観測に成功した。
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)
本研究にご協力いただいた共同研究者の豊田工業大学・粟野博之教授に感謝申し上げます。
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)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 坂本拓斗、徳山年紀、戸塚洋文、田中雅章、本多周太、粟野博之、壬生攻, "垂直磁化を有するフェリ磁性細線におけるGdFe超薄膜の有効利用および磁壁速度の飛躍的向上", IEEE Magnetics Society Nagoya Chapter若手研究会（三重）, 令和7年2月10日
- Masaaki Tanaka, Takuto Sakamoto, Toshiki Tokuyama, Hirofumi Tozuka, Syuta Honda, Hiroyuki Awano, Ko Mibu, "Investigation on the current induced domain-wall motion in Pt/GdFe wires for thinner GdFe region", 第72回応用物理学会春季学術講演会（千葉）, 令和7年3月14日
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