【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.28】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1232
利用課題名 / Title
スピントロニクス光電インターフェースの基盤技術の創成
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo 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）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）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）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
キーワード / Keywords
光デバイス/ Optical Device,光学顕微鏡/ Optical microscope,ダイシング/ Dicing,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,スピントロニクス/ Spintronics,先端半導体（超高集積回路）/ Advanced Semiconductor (Very Large Scale Integration),光リソグラフィ/ Photolithgraphy
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)
中辻 知
所属名 / Affiliation
東京大学理学系研究科物理学専攻
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
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-900：ステルスダイサー
UT-505：レーザー直接描画装置 DWL66+2018
UT-850：形状・膜厚・電気特性評価装置群
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
我々はスピントロニクス技術を活用した光信号と電気信号の高効率インタフェースの開発を行っている。スピン角運動量を情報キャリアとすることで、光子の偏光情報を電子スピンへ変換し、低消費電力かつ高速な信号処理が可能となる。これにより光通信システムと電子デバイス間の高速・高効率な接続を可能にし、次世代情報通信や量子情報処理の基盤技術となることを目指している。このためにはナノスケールの磁性体・半導体構造の形成が不可欠であり、電子線描画や薄膜形成といった微細加工技術を駆使する。これらのプロセスは高純度環境が要求されるため、ARIM設備を利用してデバイス製作と評価を行っている。
実験 / Experimental
フェリ磁性を持つGd-Fe-Co自由層を持つ三端子磁気トンネル接合を作製した(図1)。作製に当たってはARIM施設を有効に活用し、前処理や条件出しを行った。具体的には、レーザー直接描画装置DWL66+2018で光リソグラフィを行い、デバイスの外観検査を形状・膜厚・電気特性評価装置群の光学顕微鏡で行った。ステルスダイサーで基板をダイシングし個片化した。作製したトンネル接合に対し、別施設でトンネル磁気抵抗を測定し、スピン軌道トルク磁化スイッチングを研究した。
結果と考察 / Results and Discussion
Fe-B層の厚みを変化させたたところ、厚くなるほどトンネル磁気抵抗比は増えたが、磁化を反転させるために必要な電流密度はほとんど変化しないことがわかった(図2)。Gd-Fe-Co層を反転させるのはスピン起動トルクであり、Fe-B層が薄い方が効率的なスイッチングを行えることを示している。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 作製したデバイスと測定回路の模式図。
図2 磁化反転に必要な臨界電流密度のFe-B層の膜厚依存性。臨界電流は膜厚にほとんど依存しないことがわかる。
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)
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M. Yunokizaki, Tunneling magnetoresistance and spin-orbit torque magnetization switching in ferrimagnetic Gd-Fe-Co based magnetic tunnel junction, Japanese Journal of Applied Physics, 64, 010904(2025).
DOI: 10.35848/1347-4065/ada1b8
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