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Sn nanodot佐藤 佑磨*; 竹内 祐太郎*; 山根 結太*; Yoon, J.-Y.*; 金井 駿*; 家田 淳一; 大野 英男*; 深見 俊輔*
Applied Physics Letters, 122(12), p.122404_1 - 122404_5, 2023/03
被引用回数：1 パーセンタイル：54.89(Physics, Applied)
-MnSn, an antiferromagnet having a non-collinear spin structure in a kagome lattice, has attracted great attention owing to various intriguing properties such as large anomalous Hall effect. Stability of magnetic state against thermal fluctuation, characterized in general by the thermal stability factor 
, has been well studied in ferromagnetic systems but not for antiferromagnets. Here we study of the antiferromagnetic MnSn nanodots as a function of their diameter 
. To obtain , we measure the switching probability as a function of pulse-field amplitude and analyze the results based on a model developed by accounting for two and six-fold magnetic anisotropies in the kagome plane. We observe no significant change in down to 
nm below which it decreases with . The obtained dependence is well explained by a single-domain and nucleation-mediated reversal models. These findings provide a basis to understand the thermal fluctuation and reversal mechanism of antiferromagnets for device application.
舩津 拓也*; 金井 駿*; 家田 淳一; 深見 俊輔*; 大野 英男*
Nature Communications (Internet), 13, p.4079_1 - 4079_8, 2022/07
被引用回数：2 パーセンタイル：34.67(Multidisciplinary Sciences)外部摂動によるエネルギー配置の変調は、アレニウスの法則によって記述されるさまざまな熱活性化現象を支配している。スピン移行トルク(STT)によるナノスケールの磁気トンネル接合の熱ゆらぎの利用は、非従来型計算機の可能性を示しているものの、ネール・アレニウス則に基づくその厳密な表現については未解明な点がある。特に、その中の熱的に活性化されるスイッチング速度の指数は、10年の長い保持時間を持つ従来の熱的に安定なナノ磁石では到達できなかった。本研究では、外部摂動に対して高い感度を持つ超常磁性トンネル接合を利用することで、STTによるネール・アレニウス則に迫り、強磁性共鳴のホモダイン検出,ナノ秒STTスイッチング,ランダム電信ノイズなどのいくつかの独立した測定を通じて指数を決定する。さらに、結果がさまざまな物理システムで観察された局所分岐の概念によって包括的に記述されていることを示す。調査結果は、統計物理学の有用なテスターとしての超常磁性トンネル接合の能力、および厳密な数学的基盤を備えた確率的コンピューティングハードウェアの高度なエンジニアリングの可能性を示している。
増田 啓人*; 関 剛斎*; 山根 結太*; Modak, R.*; 内田 健一*; 家田 淳一; Lau, Y.-C.*; 深見 俊輔*; 高梨 弘毅
Physical Review Applied (Internet), 17(5), p.054036_1 - 054036_9, 2022/05
被引用回数：6 パーセンタイル：73.14(Physics, Applied)反対称層間交換結合(AIEC)が最近発見され、人工反強磁性体(SAF)の傾角磁化の誘起を通じた磁化スイッチングにおいて極めて重要な役割を果たしている。本研究では、くさび形の層を持つ垂直磁化多層膜Pt/Co/Ir/Co/Ptにおける大きなAIECを報告をする。AIECの有効磁場は、対称的な層間交換結合に関連しており、AIECを強化するための指針を提供する。SAFに対する拡張Stoner-Wohlfarthモデルを開発し、その磁化スイッチングの重要な要素を明らかにする。理論的知識と実験結果を組み合わせることで、面内磁場のみによる垂直磁化スイッチングが達成される。
Sn thin films by magneto-optical Kerr effect内村 友宏*; Yoon, J.-Y.*; 佐藤 佑磨*; 竹内 祐太郎*; 金井 駿*; 武智 涼太*; 岸 桂輔*; 山根 結太*; DuttaGupta, S.*; 家田 淳一; et al.
Applied Physics Letters, 120(17), p.172405_1 - 172405_5, 2022/04
被引用回数：10 パーセンタイル：83.82(Physics, Applied)We perform a hysteresis-loop measurement and domain imaging for 
-oriented -Mn
Sn
thin films using magneto-optical Kerr effect (MOKE) and compare it with the anomalous Hall effect (AHE) measurement. We obtain a large Kerr rotation angle of 10 mdeg., comparable with bulk single-crystal MnSn. The composition 
dependence of AHE and MOKE shows a similar trend, suggesting the same origin, i.e., the non-vanishing Berry curvature in the momentum space. Magnetic domain observation at the saturated state shows that x dependence of AHE and MOKE is explained by an amount of reversible area that crucially depends on the crystalline structure of the film. Furthermore, in-depth observation of the reversal process reveals that the reversal starts with nucleation of sub-micrometer-scale domains dispersed in the film, followed by a domain expansion, where the domain wall preferentially propagates along the ![$$[11bar{2}0]$$](/search/images/ERNTCMK2MJQXE4ZSPUYF0JA.gif)
direction. Our study provides a basic understanding of the spatial evolution of the reversal of chiral-spin structure in non-collinear antiferromagnetic thin films.
山根 結太*; 深見 俊輔*; 家田 淳一
Physical Review Letters, 128(14), p.147201_1 - 147201_6, 2022/04
被引用回数：3 パーセンタイル：58.88(Physics, Multidisciplinary)らせん磁性体で最近発見された創発インダクタンスの理論を、空間反転対称性が破れた場合に生じるスピン軌道相互作用を考慮に入れることで任意の磁気テクスチャに拡張する。強磁性体中電子の動的アハロノフ-キャッシャー位相に基づく定式化で、スピン軌道創発インダクタンスの新概念提案を行う。スピン軌道創発インダクタンスは、空間的に一様な磁化でも磁性とスピン軌道相互作用の共存で普遍的に生じ、広範囲の温度と周波数で安定した動作を実現する。空間反転非対称性を備えた強磁性体を含む広く研究されている実験系を、本研究が提供する新しい視点で再考することで、超広帯域周波数範囲でのスピン軌道物理学とスピントロニクスベースの電力管理の研究に新しいパラダイムを開くことにつながる。
竹内 祐太郎*; 山根 結太*; Yoon, J.-Y.*; 伊藤 隆一*; 陣内 佛霖*; 金井 駿*; 家田 淳一; 深見 俊輔*; 大野 英男*
Nature Materials, 20(10), p.1364 - 1370, 2021/10
被引用回数：81 パーセンタイル：98.79(Chemistry, Physical)Electrical manipulation of magnetic materials by current-induced spin torque constitutes the basis of spintronics. Recent studies have demonstrated electrical controls of ferromagnets and collinear antiferromagnets by spin-orbit torque (SOT). Here we show an unconventional response to SOT of a non-collinear antiferromagnet, which has recently attracted great attention owing to large anomalous Hall effect despite vanishingly small net magnetization. In heterostructures with epitaxial non-collinear antiferromagnet MnSn, we observe a characteristic fluctuation of Hall resistance, which is attributed to a persistent rotation of chiral-spin structure of MnSn driven by SOT. We find that level of the fluctuation that varies with sample size represents the number of magnetic domains of Mn
Sn. In addition, MnSn thickness dependence of critical current reveals that SOT generated by small current density below 20 MA cm
effectively acts on the chiral-spin structure even in thick MnSn above 20 nm. The results provide unprecedented pathways of electrical manipulation of magnetic materials, offering new-concept spintronics devices with unconventional functionalities and low-power consumption.
Sn thin filmsYoon, J.-Y.*; 竹内 祐太郎*; DuttaGupta, S.*; 山根 結太*; 金井 駿*; 家田 淳一; 大野 英男*; 深見 俊輔*
AIP Advances (Internet), 11(6), p.065318_1 - 065318_6, 2021/06
被引用回数：14 パーセンタイル：79.58(Nanoscience & Nanotechnology)We investigate the relationship between structural parameters, magnetic ordering, and the anomalous Hall effect (AHE) of MnSn (
) thin films annealed at various temperature 
. The crystal structure changes with and and at 
C near the stoichiometric composition (
) epitaxial single-phase 0
-MnSn(
) is obtained. At room temperature, a larger AHE is obtained when the single-phase epitaxial MnSn with the lattice constant closer to that of bulk is formed. The temperature dependence of the AHE shows different behaviors depending on and can be explained by considering the variation of magnetic ordering. A close inspection into the temperature and composition dependence suggests a variation of magnetic phase transition temperature with composition and/or a possible correlation between the AHE and Fermi level position with respect to the Weyl points. Our comprehensive study would provide the basis for utilizing the unique functionalities of non-collinear antiferromagnetic materials.
深見 俊輔*; 家田 淳一; 大野 英男*
Physical Review B, 91(23), p.235401_1 - 235401_7, 2015/06
被引用回数：22 パーセンタイル：66.77(Materials Science, Multidisciplinary)コバルト・ニッケル多層膜によって形成されたナノ細線における磁壁の熱安定性を調査し、その熱安定性を支配する有効体積の解析を行う。ある臨界細線幅以上では磁壁のピン留め脱出が部分体積の励起によって開始されること、またその臨界幅は細線厚みに依存することを見出した。これらの観測結果は、磁壁ピン留め脱出の臨界電流値の分布とも整合しており、ゼーマンエネルギーと弾性エネルギーのバランスを考慮することで定性的に記述できる。
家田 淳一
山根 結太*; 深見 俊輔*
特願 2021-030176 
公開特許公報
【課題】 材料を選ぶ困難性が然程には高くなく、かつ、温度依存性も然程に高くない新しいタイプの創発電磁場を利用した薄膜インダクタ素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 磁性体層と、非磁性体層又は反強磁性体層と、が積層された積層膜と、一対の電極を備え、 前記磁性体層と前記非磁性体層又は前記反強磁性体層は、積層方向と直交する方向で任意の形状で延伸され、かつ、前記積層方向の上下向きも任意であり、前記磁性体層は、略一様な磁化構造を有しており、前記一対の電極は、前記積層膜が延伸される両端に設けられ、交流電流ないしは高周波電流が印加されることを特徴とする薄膜インダクタ素子
家田 淳一
竹内 祐太朗*; 深見 俊輔*; 山根 結太*; Yoon J.-Y.*; 陣内 佛霖*; 金井 駿*; 大野 英男*
特願 2021-071582 公開特許公報
【課題】 外部磁場が不要であり、比較的大きな読み出し信号の出力が可能な乱数生成素子、メモリ素子として使用することが可能であり、また、出力/入力周波数の可変性を備えた発振/検波素子としても使用することが可能である電子デバイスを提供することを目的とする。 【解決手段】 本体と、入力端子と、出力端子と、を備え、前記本体は、基板上にスピントルク生成層とノンコリニア反強磁性層がこの順、または逆順の積層方向に積層されて構成されるものであり、前記入力端子は、前記スピントルク生成層の積層面と平行な任意の一方向の両端に配置され、前記ノンコリニア反強磁性層は、前記任意の一方向と前記積層方向が成す平面においてノンコリニアな磁気秩序を有することを特徴とする電子デバイス。
家田 淳一
山根 結太*; 深見 俊輔*
特願 18/546002 公開特許公報
The purpose of the present invention is to provide a thin film inductor element which utilizes a novel emergent electromagnetic field that does not have much difficulty in selecting materials, while not having high temperature dependence. A thin film inductor element that is characterized by comprising a multilayer film, in which a magnetic layer and a non-magnetic layer or an antiferromagnetic layer are stacked, and a pair of electrodes, while being also characterized in that: the magnetic layer and the non-magnetic layer or the antiferromagnetic layer are stretched in an arbitrary shape in a direction that is perpendicular to the stacking direction; the vertical orientation of the stacked layers is also arbitrary; the magnetic layer has a generally uniform magnetization structure; and the pair of electrodes are provided on both ends of the multilayer film in the stretched direction, while having an alternating current or a high frequency current applied thereto.
家田 淳一
山根 結太*; 深見 俊輔*
特願 10-2023-7027254 公開特許公報
The purpose of the present invention is to provide a thin film inductor element which utilizes a novel emergent electromagnetic field that does not have much difficulty in selecting materials, while not having high temperature dependence. A thin film inductor element that is characterized by comprising a multilayer film, in which a magnetic layer and a non-magnetic layer or an antiferromagnetic layer are stacked, and a pair of electrodes, while being also characterized in that: the magnetic layer and the non-magnetic layer or the antiferromagnetic layer are stretched in an arbitrary shape in a direction that is perpendicular to the stacking direction; the vertical orientation of the stacked layers is also arbitrary; the magnetic layer has a generally uniform magnetization structure; and the pair of electrodes are provided on both ends of the multilayer film in the stretched direction, while having an alternating current or a high frequency current applied thereto.
家田 淳一
山根 結太*; 深見 俊輔*
特願 202280014817.7 公開特許公報
The purpose of the present invention is to provide a thin film inductor element which utilizes a novel emergent electromagnetic field that does not have much difficulty in selecting materials, while not having high temperature dependence. A thin film inductor element that is characterized by comprising a multilayer film, in which a magnetic layer and a non-magnetic layer or an antiferromagnetic layer are stacked, and a pair of electrodes, while being also characterized in that: the magnetic layer and the non-magnetic layer or the antiferromagnetic layer are stretched in an arbitrary shape in a direction that is perpendicular to the stacking direction; the vertical orientation of the stacked layers is also arbitrary; the magnetic layer has a generally uniform magnetization structure; and the pair of electrodes are provided on both ends of the multilayer film in the stretched direction, while having an alternating current or a high frequency current applied thereto.
家田 淳一
竹内 祐太朗*; 深見 俊輔*; 山根 結太*; Yoon J.-Y.*; 陣内 佛霖*; 金井 駿*; 大野 英男*
特願 10-2023-7031229 公開特許公報
外部磁場が不要であり、比較的大きな読み出し信号の出力が可能な乱数生成素子、メモリ素子として使用することが可能であり、また、出力/入力周波数の可変性を備えた発振/検波素子としても使用することが可能である電子デバイスを提供することを目的とする。 本体と、入力端子と、出力端子と、を備え、前記本体は、基板上にスピントルク生成層とノンコリニア反強磁性層がこの順、または逆順の積層方向に積層されて構成されるものであり、前記入力端子は、前記スピントルク生成層の積層面と平行な任意の一方向の両端に配置され、前記ノンコリニア反強磁性層は、前記任意の一方向と前記積層方向が成す平面においてノンコリニアな磁気秩序を有することを特徴とする電子デバイス。
家田 淳一
竹内 祐太朗*; 深見 俊輔*; 山根 結太*; Yoon J.-Y.*; 陣内 佛霖*; 金井 駿*; 大野 英男*
特願 202280029040.1 公開特許公報
外部磁場が不要であり、比較的大きな読み出し信号の出力が可能な乱数生成素子、メモリ素子として使用することが可能であり、また、出力/入力周波数の可変性を備えた発振/検波素子としても使用することが可能である電子デバイスを提供することを目的とする。 本体と、入力端子と、出力端子と、を備え、前記本体は、基板上にスピントルク生成層とノンコリニア反強磁性層がこの順、または逆順の積層方向に積層されて構成されるものであり、前記入力端子は、前記スピントルク生成層の積層面と平行な任意の一方向の両端に配置され、前記ノンコリニア反強磁性層は、前記任意の一方向と前記積層方向が成す平面においてノンコリニアな磁気秩序を有することを特徴とする電子デバイス。
