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論文

Magnetic sensitivity distribution of Hall devices in antiferromagnetic switching experiments

Schreiber, F.*; Meer, H.*; Schmitt, C.*; Ramos, R.*; 齊藤英治; Baldrati, L.*; Klui, M.*

Physical Review Applied (Internet), 16(6), p.064023_1 - 064023_9, 2021/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.16.064023

被引用回数：3 パーセンタイル：27.71(Physics, Applied)

We analyze the complex impact of the local magnetic spin texture on the transverse Hall-type voltage in device structures utilized to measure magnetoresistance effects. We find a highly localized and asymmetric magnetic sensitivity in the eight-terminal geometries that are frequently used in current-induced switching experiments, for instance, to probe antiferromagnetic materials. Using current-induced switching of antiferromagnetic NiO/Pt as an example, we estimate the change in the spin Hall magnetoresistance signal associated with switching events based on the domain-switching patterns observed via direct imaging. This estimate correlates with the actual electrical data after subtraction of a nonmagnetic contribution. Here, the consistency of the correlation across three measurement geometries with fundamentally different switching patterns strongly indicates a magnetic origin of the measured and analyzed electrical signals.

論文

Paramagnetic spin Hall magnetoresistance

大柳洸一*; Gomez-Perez, J. M.*; Zhang, X.-P.*; 吉川貴史*; Chen, Y.*; Sagasta, E.*; Chuvilin, A.*; Hueso, L. E.*; Golovach, V. N.*; Sebastian Bergeret, F.*; et al.

Physical Review B, 104(13), p.134428_1 - 134428_14, 2021/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.134428

被引用回数：14 パーセンタイル：77.64(Materials Science, Multidisciplinary)

We report the observation of the spin Hall magnetoresistance (SMR) in a paramagnetic insulator. By measuring the transverse resistance in a Pt/GdGaO $_{12}$ (GGG) system at low temperatures, paramagnetic SMR is found to appear with an intensity that increases with the magnetic field aligning GGG's spins. The observed effect is well supported by a microscopic SMR theory, which provides the parameters governing the spin transport at the interface. Our findings clarify the mechanism of spin exchange at a Pt/GGG interface, and demonstrate tunable spin-transfer torque through the field-induced magnetization of GGG. In this regard, paramagnetic insulators offer a key property for future spintronic devices.

論文

Spin Hall magnetoresistance in Pt/CrO/YIG structure

Qi, J.*; Hou, D.*; Chen, Y.*; 齊藤英治; Jin, X.*

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 534, p.167980_1 - 167980_6, 2021/09

https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2021.167980

被引用回数：1 パーセンタイル：7.92(Materials Science, Multidisciplinary)

Temperature dependence of the spin Hall magnetoresistance (SMR) has been investigated herein Pt/CrO/YFeO $_{12}$ structure. Well below the Nel temperature of CrO, the SMR is not observed at the noise level of 1.2 ppm. In vicinity of the Nel temperature, only a positive SMR tracks the YIG magnetic switching process, supporting that the SMR of normal metal/antiferromagnetic insulator/ferromagnetic insulator trilayer is controlled by the Nel vector of the antiferromagnetic insulator. A high field magnetoresistance is observed up to an external magnetic field of 20000 Oe which has a field angle dependence symmetry consistent with the SMR. We attribute this high field magnetoresistance to be induced by the Hanle magnetoresistance in Pt.

論文

Evaluation of edge domains in giant magnetoresistive junctions

Frost, W.*; 関剛斎*; 窪田崇秀*; Ramos, R.*; 齊藤英治; 高梨弘毅*; 廣畑貴文*

Applied Physics Letters, 118(17), p.172405_1 - 172405_5, 2021/04

https://doi.org/10.1063/5.0049315

被引用回数：1 パーセンタイル：7.86(Physics, Applied)

We demonstrate that the spin-Seebeck effect can be used to estimate the volume of edge domains formed in a giant magnetoresistive (GMR) device. The thermal gradient induced by Joule heating can be harnessed by the addition of a ferromagnetically insulating channel of FeO on the sides of the GMR pillar. This generates a spin wave in FeO, which couples with the free-layer edge magnetization and controls the reversal of the ferromagnetic layers in one direction only, increasing the current density from A/cm to A/cm. By simple assumption, we estimate the effect of the edge domain on magnetization reversal to be by spin-transfer torque.

論文

Efficient spin torques in antiferromagnetic CoO/Pt quantified by comparing field- and current-induced switching

Baldrati, L.*; Schmitt, C.*; Gomonay, O.*; Lebrun, R.*; Ramos, R.*; 齊藤英治; Sinova, J.*; Klui, M.*

Physical Review Letters, 125(7), p.077201_1 - 077201_6, 2020/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.077201

被引用回数：36 パーセンタイル：91.79(Physics, Multidisciplinary)

We achieve current-induced switching in collinear insulating antiferromagnetic CoO/Pt, with fourfold in-plane magnetic anisotropy. This is measured electrically by spin Hall magnetoresistance and confirmed by the magnetic field-induced spin-flop transition of the CoO layer. By applying current pulses and magnetic fields, we quantify the efficiency of the acting current-induced torques and estimate a current-field equivalence ratio of $4times10^{-11}$ TA $^{-1}$ m. The Nel vector final state is in line with a thermomagnetoelastic switching mechanism for a negative magnetoelastic constant of the CoO.

論文

Spin transport in antiferromagnetic insulators; Progress and challenges

Hou, D.*; Qiu, Z.*; 齊藤英治

NPG Asia Materials, 11, p.35_1 - 35_6, 2019/07

https://doi.org/10.1038/s41427-019-0135-9

被引用回数：40 パーセンタイル：84.83(Materials Science, Multidisciplinary)

Spin transport is a key process in the operation of spin-based devices that has been the focus of spintronics research for the last two decades. Conductive materials, such as semiconductors and metals, in which the spin transport relies on electron diffusion, have been employed as the channels for spin transport in most studies. Due to the absence of conduction electrons, the potential to be a spin channel has long been neglected for insulators. However, since the demonstration of spin transmission through a ferromagnetic insulator, it was realized that insulators with magnetic ordering can also serve as channels for spin transport. Here, the recent progress of spin transport in antiferromagnetic insulators is briefly described with an introduction to the experimental techniques. The observations regarding the temperature dependence of spin transmission, spin current switching and the negative spin Hall magnetoresistance are discussed. We also include the challenges for developing the functionality of antiferromagnetic insulators as well as the unresolved problems from the experimental observations.

論文

Antiferromagnetic NiO thickness dependent sign of the spin Hall magnetoresistance in -FeO/NiO/Pt epitaxial stacks

Dong, B.-W.*; Baldrati, L.*; Schneider, C.*; 新関友彦*; Ramos, R.*; Ross, A.*; Cramer, J.*; 齊藤英治; Klui, M.*

Applied Physics Letters, 114(10), p.102405_1 - 102405_5, 2019/03

https://doi.org/10.1063/1.5080766

被引用回数：11 パーセンタイル：49.82(Physics, Applied)

We study the spin Hall magnetoresistance (SMR) in epitaxial -FeO/NiO(001)/Pt stacks, as a function of temperature and thickness of the antiferromagnetic insulating NiO layer. Upon increasing the thickness of NiO from 0 nm to 10 nm, we detect a sign change of the SMR in the temperature range between 10 K and 280 K. This temperature dependence of the SMR in our stacks is different compared to that of previously studied yttrium iron garnet/NiO/Pt, as we do not find any peak or sign change as a function of temperature. We explain our data by a combination of spin current reflection from both the NiO/Pt and -FeO/NiO interfaces and the thickness-dependent exchange coupling mode between the NiO and -FeO layers, comprising parallel alignment for thin NiO and perpendicular alignment for thick NiO.

論文

Proton irradiation enhancement of low-field negative magnetoresistance sensitivity of AlGaN/GaN-based magnetic sensor at cryogenic temperature

Abderrahmane, A.*; Ko, P. J.*; 岡田浩*; 佐藤真一郎; 大島武; Sandhu, A.*

IEEE Electron Device Letters, 35(11), p.1130 - 1132, 2014/11

https://doi.org/10.1109/LED.2014.2358613

被引用回数：10 パーセンタイル：49.28(Engineering, Electrical & Electronic)

宇宙用磁気センサーへの応用が期待されるAlGaN/GaNマイクロホールセンサーの縦方向と横方向の磁気抵抗に対する陽子線照射効果を明らかにするため、室温にて380keV陽子線を10 $^{14}$ cm $^{-2}$ の線量照射した。磁気特性変化を調べた結果、照射後も同等の磁気感度を維持し、4Kといった低温における最低検出磁気強度もほぼ同等であった。一方、磁気抵抗感度は160から417V/(AT)へとむしろ向上することが分かった。この値は、これまで報告されてきたAlGaN/GaN系マイクロホールセンサーの磁気抵抗感度の中で最高値である。このことから、このレベルの線量の陽子線照射により磁気抵抗感度の改善が図れることを明らかにした。

論文

Structure, magnetism and transport of the perovskite manganites $_{0.5}$ Ca $_{0.5}$ MnO $_{3}$ (=Ho, Er, Tm, Yb and Lu)

吉井賢資; 阿部英樹*; 池田直*

Journal of Solid State Chemistry, 178(12), p.3615 - 3623, 2005/12

https://doi.org/10.1016/j.jssc.2005.08.033

被引用回数：25 パーセンタイル：67.33(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

小さい希土類イオンを含むペロブスカイトマンガン酸化物 $_{0.5}$ Ca $_{0.5}$ MnO $_{3}$ (=Ho, Er, Tm, Yb and Lu)が斜方晶構造を取ることを見いだした。電気抵抗測定から、これらの酸化物が絶縁性であり、小さな磁気抵抗効果しか示さないことがわかった。磁化測定からは、マンガン電子の電荷秩序温度・反強磁性転移温度・グラス状態転移温度の3つが存在することがわかった。これらの物性について、結晶構造などと関連付けて議論する。

論文

Unveiling new magnetic phases of undoped and doped manganites

堀田貴嗣; Moraghebi, M.*; Feiguin, A.*; Moreo, A.*; 柚木清司*; Dagotto, E.*

Physical Review Letters, 90(24), p.247203_1 - 247203_4, 2003/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.247203

被引用回数：83 パーセンタイル：91.22(Physics, Multidisciplinary)

ドープされたあるいはドープされていないマンガン酸化物における新規な基底状態スピン構造を解明するために、軌道縮退二重交換模型を平均場近似や数値的手法によって解析した。ドープされていない場合、E-型と呼ばれる新しい反強磁性相が、パラメター空間において、A-型反強磁性相に隣接して現れる。その構造は、最近の実験結果と一致する。この絶縁体的なE-型反強磁性相は金属強磁性相とも競合しており、これは、ドープされていないマンガン酸化物においても超巨大磁気抵抗が現れる可能性を示唆している。また、ドープした層状マンガン酸化物に対して、 ${rm C_x E_{1-x}}$ -型という別の新しい反強磁性状態を含む相図を得た。この新しい相の実験的検出についても議論する。

論文

Existence of a metallic ferromagnetic phase in models for undoped manganites

堀田貴嗣

Physical Review B, 67(10), p.104428_1 - 104428_8, 2003/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.67.104428

被引用回数：21 パーセンタイル：68.23(Materials Science, Multidisciplinary)

ドープされていないマンガン酸化物の強磁性状態における新しい金属絶縁体転移の存在が、ヤーンテラー歪みと強く結合する $e_{rm g}$ -軌道縮退ハバード模型の数値的手法による解析に基づいて議論される。基底状態相図を電子・フォノン結合定数とクーロン相互作用によって定義される平面に描くと、銅酸化物に対する標準的な1バンドハバード模型とは対照的に、この $e_{rm g}$ -軌道縮退ハバード模型においては、ハーフフィリングでも、との有限の値に対して金属相が存在することがわかった。これは、フェルミ面の形状が、絶縁体相に特有の交替軌道秩序と整合しないためである。以上の結果に基づき、ドープされていないマンガン酸化物における超巨大磁気抵抗効果の新しいシナリオが議論される。

論文

Ferromagnetism and giant magnetoresistance in the rare-earth fullerides Eu $_{6-x}$ SrC $_{60}$

石井賢司; 藤原明比古*; 壽榮松宏仁*; 久保園芳博*

Physical Review B, 65(13), p.134431_1 - 134431_6, 2002/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.134431

被引用回数：32 パーセンタイル：78.19(Materials Science, Multidisciplinary)

Euとフラーレンの化合物であるEuC $_{60}$ 及びEuをSrで置換したEu $_{6-x}$ SrC $_{60}$ について、結晶構造,磁性,電気伝導についての研究を行った。これらの結晶構造は他のC $_{60}$ (はアルカリ金属、または、アルカリ土類金属)と同じbcc構造である。磁気測定では、磁気モーメントは+2価のEu原子(S=7/2)が担っていることがわかり、=10-14Kにおいて強磁性転移が観測された。EuC $_{60}$ では比熱の測定からも強磁性転移が確認できた。Eu $_{6-x}$ SrC $_{60}$ の物性でもっとも特徴的な点は、低温で非常に大きな負の磁気抵抗が観測される点である。EuC $_{60}$ の抵抗率の比(=9T)/(=0T)は、1Kで約10 $^{-3}$ にも及ぶ。このような巨大磁気抵抗はC $_{60}$ 上の伝導電子とEu上の4電子の間に非常に強い-相互作用が働いていることを示している。

論文

Small-angle neutron scattering study on ferromagnetic correlation in (La, Tb) $_{2/3}$ Ca $_{1/3}$ MnO $_{3}$

綿引成哉*; 目時直人; 鈴木淳市; 及川健一; Nie, J.*; 立木昌*; 山田安定

Journal of the Physical Society of Japan, 70(4), p.1090 - 1098, 2001/04

https://doi.org/10.1143/JPSJ.70.1090

被引用回数：6 パーセンタイル：42.11(Physics, Multidisciplinary)

(La, Tb) $_{2/3}$ Ca $_{1/3}$ MnO $_{3}$ 巨大磁気抵抗効果における強磁性相関の役割を明らかにした。磁場中で得られた中性子散乱強度の振舞いは、磁気抵抗の振舞いと良い一致を示すことから、短距離の強磁性揺らぎが磁気抵抗増大の要因であることがわかった。

論文

Polaron correlations in ferromagnetic CMR manganites

Fernandez-Baca, J. A.*; Dai, P.*; 若林信義*; Plummer, E. W.*; 片野進; 富岡泰秀*; 十倉好紀*

Journal of the Physical Society of Japan, Vol.70, Supplement A, p.85 - 87, 2001/00

ORNLに設置された広角中性子回折装置WANDを使って、巨大磁気抵抗効果を示す強磁性のマンガン酸化物、(Pr,Ca)MnO $_{3}$ と(La,Ca)MnO $_{3}$ の格子歪みにおける相関を調べた。歪みの場の相関長、格子との不整合性及びその方向の濃度依存性から、格子歪みの発達が系の伝導性(電気抵抗)を著しく低下させることが明らかになった。

論文

Fermi surface of UB $_{4}$ studied by the de Haas-van Alphen oscillation and magnetoresistance experiments

山本悦嗣; 本間徹生; 芳賀芳範; 稲田佳彦*; 青木大*; 常盤欣文; 鈴木悟仁*; 三宅耕作*; 大貫惇睦

Physica B; Condensed Matter, 281-282, p.767 - 768, 2000/06

https://doi.org/10.1016/S0921-4526(99)01096-0

被引用回数：1 パーセンタイル：8.61(Physics, Condensed Matter)

われわれはUB $_{4}$ の純良単結晶を育成し、ドハース・ファンアルフェン効果と磁気抵抗の測定を行った。磁気抵抗のデータから、UB $_{4}$ は伝導電子とホールの数が等しい補償金属で[100],[010]方向に開軌道を持つことがわかった。ドハース・ファンアルフェン振動のブランチは11個観測され、そのサイクロトロン質量は3.0~14.1m $_{0}$ でこれは電子比熱係数24.9mJ/K $^{2}$ ・molを反映している。

論文

Phase transitions, diffuse scattering and segregation kinetics in the colossal magnetoresistance material Pr $_{70}$ Ca $_{30}$ MnO $_{3}$

片野進; Fernandez-Baca, J. A.*; 山田安定

Physica B; Condensed Matter, 276-278, p.786 - 787, 2000/03

https://doi.org/10.1016/S0921-4526(99)01644-0

被引用回数：9 パーセンタイル：47.89(Physics, Condensed Matter)

Pr $_{70}$ Ca $_{30}$ MnO $_{3}$ の電荷秩序、反強磁性並びに強磁性状態を、広角中性子回折装置(WAND)を用いて調べた。試料温度の低下とともに、これら秩序相が出現し、さらに磁場下で強磁性相が大きく発達することが明瞭に観測された。高温では基本反射のまわりに非常に大きく広がった散漫散乱が観測された。これが低温になり、さらに磁場を印加することによって、強磁性反射に成長する。一方、磁場下での強磁性相において、磁場を急速に切ると、強磁性相から電荷秩序した反強磁性相にゆっくりと緩和していくこと、その途中で金属-非金属転移がパーコレイティブ(浸透的)に起こることが明らかになった。

論文

Anomalous magnetic and transport properties in Ce $_{2}$ Fe $_{17}$ and Lu $_{2}$ Fe $_{17}$

福田秀孝*; Y.Janssen*; 藤井博信*; 浴野稔一*; 森井幸生

Journal of the Magnetics Society of Japan, 23(1-2), p.108 - 110, 1999/00

Ce $_{2}$ Fe $_{17}$ は斜方面体構造をとる2-17型希土類鉄化合物のうちでは唯一、T $_{N}$ =210K以下で反強磁性を示す。中性子回折実験の結果、210Kから110Kの間ではFe部分格子のC面内にある磁気モーメントが、波数ベクトルQ=0.0372 $AA$^{-1}$$ でC軸方向に伝播するらせんスピン構造をとること、110K以下ではC軸方向に二倍の超格子磁気セルを持ち、波数ベクトルQ=0.0435 $AA$^{-1}$$ でC軸方向に伝播する変調らせんスピン構造をとることが判明した。伝導実験からは、110K以下で巨大磁気抵抗効果が観測された。一方Lu $_{2}$ Fe $_{17}$ には巨大磁気抵抗効果は見いだせない。

論文

Magnetoresistnace and de Haas-van Alphen effect in UB $_{4}$

山本悦嗣; 本間徹生; 芳賀芳範; 稲田佳彦*; 青木大*; 常盤欣文; 鈴木悟仁*; 三宅耕作*; 大貫惇睦

Journal of the Physical Society of Japan, 68(10), p.3347 - 3351, 1999/00

https://doi.org/10.1143/JPSJ.68.3347

被引用回数：5 パーセンタイル：44.14(Physics, Multidisciplinary)

UB $_{4}$ の純良単結晶を育成し、磁気抵抗とドハース・ファンアルフェン効果の測定からUB $_{4}$ のフェルミ面を明らかにした。UB $_{4}$ は伝導に関与する電子数と正孔数が等しい金属で、磁気抵抗の外部磁場に対するふるまいから、(001)面内で100方向に開軌道をもち、これらの開軌道が正方格子を形成するような形であることがわかった。またドハース・ファンアルフェン効果の測定では11のブランチが観測され、これらのブランチの電子のサイクロトロン有効質量は3.0~14m $_{0}$ とやや重いものであった。これは電子比熱係数24.9mJ/K $^{2}$ ・molを反映している。

論文

Anisotropic magnetoresistance in UBe $_{13}$

芳賀芳範; 山本悦嗣; 本間徹生*; 中村彰夫; 辺土正人*; 荒木新吾*; 大國仁*; 大貫惇睦*

Physica B; Condensed Matter, 259-261, p.627 - 628, 1999/00

https://doi.org/10.1016/S0921-4526(98)00948-X

被引用回数：18 パーセンタイル：66.48(Physics, Condensed Matter)

UBe $_{13}$ の単結晶育成に成功した。磁気抵抗の角度依存性を測定した結果、4K以下の低温で顕著な異方性が見られた。この温度領域では磁気散乱が支配的であることから、磁気異方性が反映されていると考えられる。

論文

Polaron ordering in low-doping La $_{1-x}$ Sr $_{x}$ MnO $_{3}$

山田安定*; 日野理*; 納土晋一郎*; 金尾りんな*; 稲見俊哉*; 片野進

Physical Review Letters, 77(5), p.904 - 907, 1996/07

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.904

被引用回数：314 パーセンタイル：98.69(Physics, Multidisciplinary)

低SrドープのLa $_{1-x}$ Sr $_{x}$ MnO $_{3}$ について中性子散乱法で測定を行い、x=0.1及び0.15の試料について、Srドープにより導入された電荷(ホール)が秩序化するポーラロン秩序相を見出した。このポーラロンの秩序化が起こる温度は、この物質の金属絶縁体転移に対応しており、また、秩序化した電荷の組む格子の周期は、立方晶ペロブスカイト構造を基本として、その224倍になっている。いわゆる整合相になっていることを確認した。224構造に対応する電荷の濃度は、x=0.125に対応しており、x=0.1や0.15で整合相が観測されたという事実は、この物質においては、電荷秩序の長周期構造が整合相に固定されやすい傾向をもっていることを示している。