反強磁性的な磁化結合をもつフェリ磁性体における非断熱スピン移行トルクは交替磁場のように作用し、効率的な磁壁運動を生じさせる。
Spin-transfer torques for domain wall motion in antiferromagnetically coupled ferrimagnets
2019年9月17日 Nature Electronics 2 : 9 doi: 10.1038/s41928-019-0303-5
反強磁性材料は超高速スピンダイナミクスを可能にする物質であり、強磁性材料を使ったデバイスよりも桁違いに高速なデバイスを実現できる可能性がある。スピン移行トルクはスピンの電子的制御の鍵であり、強磁性スピントロニクスにおいて実証されてきた。しかし、反強磁性体におけるスピン移行トルクは、理論的には研究されてきたものの、実験によって探る研究は限られていた。本論文では、スピン移行トルクが反強磁性的な磁化結合をもつフェリ磁性体の磁壁の運動に与える効果の実験的検証について報告する。GdとFeCoの磁気モーメントが反強磁性的に結合したフェリ磁性ガドリニウム・鉄・コバルト(GdFeCo)合金を使用して、非断熱スピン移行トルクが交替磁場のように作用し、磁壁の効率的な制御を可能にすることを明らかにした。また、強磁性体における非断熱スピン移行トルクの場合とは対照的に、スピン移行トルクの非断熱パラメータがギルバート減衰定数より著しく大きいことも示した。
Corresponding Author
Duck-Ho Kim
京都大学 化学研究所 ナノスピントロニクス
Se Kwon Kim
カリフォルニア大学ロサンゼルス校
Kyung-Jin Lee
高麗大学校
小野 輝男
京都大学 化学研究所 ナノスピントロニクス
Antiferromagnetic materials offer ultrafast spin dynamics and could be used to build devices that are orders of magnitude faster than those based on ferromagnetic materials. Spin-transfer torque is key to the electrical control of spins and has been demonstrated in ferromagnetic spintronics. However, experimental exploration of spin-transfer torque in antiferromagnets remains limited, despite a number of theoretical studies. Here, we report an experimental examination of the effects of spin-transfer torque on the motion of domain walls in antiferromagnetically coupled ferrimagnets. Using a ferrimagnetic gadolinium–iron–cobalt (GdFeCo) alloy in which Gd and FeCo moments are coupled antiferromagnetically, we find that non-adiabatic spin-transfer torque acts like a staggered magnetic field, providing efficient control of the domain walls. We also show that the non-adiabaticity parameter of the spin-transfer torque is significantly larger than the Gilbert damping parameter, in contrast to the case of non-adiabatic spin-transfer torque in ferromagnets.
