【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
24AT0126
利用課題名 / Title
スピントロニクスデバイスの作製
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所 / AIST
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）-
【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）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
キーワード / Keywords
電子線リソグラフィ/ EB lithography,スピン制御/ Spin control,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device
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)
久保田 均
所属名 / Affiliation
産業技術総合研究所
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
木塚 優子
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
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
人工スピンアイスは、サブミクロンサイズの磁性体セルが配列したもので、セルの形状磁気異方性とセル間に働く磁気結合に起因してフラストレーションが生じる。その結果、磁気モノポールなどの磁性体セル単体では起こりえない新奇な磁気ダイナミクス生まれ、基礎物理と工学的応用の両面から注目を集めている。中でもニューロモルフィックデバイスの一つである物理レザバー計算デバイスへの応用が注目を集めている。本研究では、サブミクロンサイズの強磁性セルを用いて人工スピンアイスを作製する実験をおこなった。
実験 / Experimental
所属研究室においてシリコン基板上に強磁性トンネル接合薄膜を作製したのち、その薄膜上に電子線レジストを塗布した。ついで、産総研NPFの電子ビームリソグラフィー装置を用いて薄膜状に微細なパターンを描画した。現像後、Ti薄膜を蒸着し、パターンに埋め込み、リフトオフによりTiのパターンを得た。これをマスクとしてエッチングにより強磁性トンネル接合セルを作製した。単一セルのサイズは、長さ800 nm、幅150 nmのスタジアム型である。72個のセルをハニカム状に配列した人工スピンアイス試料を作製した。
結果と考察 / Results and Discussion
セル間距離を種々変えて試料を作製した。電子顕微鏡観察により、ほぼ設計通りのパターンを作製することができた。最もセル間距離が小さい試料では、2つのセル間の距離が50 nm以下であった。セル間に強い磁気結合が働く事が期待される。
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)
本研究は、科学研究費補助金基盤研究S(20H05655)の支援を受けた。
[参考文献]
(1) H. Kubota, S. Tsunegi, K. Yakushiji, T. Taniguchi, S. Tamaru, T. Yamamoto, A. Sugihara, R. Matsuura, H. Nomura, T. Isokawa, Y. Suzuki, Observation of magnetization process in artificial honeycomb spin ice through tunnel magnetoresistance effect, nternational Symposium on Quantum Electronics(Tokyo), Feb. 14, 2024.
(2) H. Kubota, S. Tsunegi, K. Yakushiji, T. Taniguchi, S. Tamaru, T. Yamamoto, A. Sugihara, Variation of the magnetic switching properties of magnetic tunnel junctions in artificial spin ice structures, JSAP Spring Meeting, March 25, 2024, Tokyo.
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.
- 久保田均、常木澄人、薬師寺啓、谷口知大、田丸慎吾、山本竜也、杉原敦、 松浦稜、野村光、礒川悌次郎、鈴木義茂、人工スピンアイスの磁気結合と磁化過程、日本磁気学会（秋田）、2024年9月24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