JP2014078560A - Insulation material and manufacturing method therefor - Google Patents
Insulation material and manufacturing method therefor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014078560A JP2014078560A JP2012224294A JP2012224294A JP2014078560A JP 2014078560 A JP2014078560 A JP 2014078560A JP 2012224294 A JP2012224294 A JP 2012224294A JP 2012224294 A JP2012224294 A JP 2012224294A JP 2014078560 A JP2014078560 A JP 2014078560A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating material
- skyrmion
- magnetic field
- skyrmions
- magnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/165—Auxiliary circuits
- G11C11/1675—Writing or programming circuits or methods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Description
本発明は、スキルミオンが誘起された絶縁材料およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an insulating material in which skyrmions are induced and a method for manufacturing the same.
電子を制御するために「スピン」を積極的に活用する電子技術は、「スピントロニクス」と呼ばれ、革新的な特徴・機能を持つデバイスを実現するための切り札として研究、開発が進められている。現在実用化されているスピントロニクス素子では、電流によって金属強磁性体の磁壁（上向きスピンがそろった領域と下向きスピンがそろった領域の境界面）を動かすことで、磁化の向きを制御している（例えば、非特許文献１参照）。 Electronic technology that actively uses "spin" to control electrons is called "spintronics" and is being researched and developed as a trump card to realize devices with innovative features and functions. . In spintronics devices that are currently in practical use, the direction of magnetization is controlled by moving the domain wall of the metal ferromagnet (the interface between the upward and downward spin aligned regions) by the current ( For example, refer nonpatent literature 1).
しかし、強磁性体の磁壁を電流により駆動する場合、消費する電流は極めて大きく、消費電力も大きい。現在実用化されている素子では、１０１２Ａ／ｍ２の電流密度を必要とし、また、研究開発が進められている強磁性半導体素子においても、１０９Ａ／ｍ２の電流密度を必要とすることが知られている。 However, when the magnetic domain wall of the ferromagnetic material is driven by current, the consumed current is extremely large and the power consumption is also large. An element that is currently in practical use requires a current density of 10 12 A / m 2 , and a ferromagnetic semiconductor element that is being researched and developed requires a current density of 10 9 A / m 2. It is known to do.
一方、最近一部の特殊な金属の中で、電子のスピンが自発的に「スキルミオン」と呼ばれる渦巻き構造をつくることが発見されている。図６は、スキルミオンの電子スピンの配列を模式的に示す図であり、図中の各矢印は電子スピンの方向を示している。スキルミオンは、らせん型のスピン配列をとるらせん磁性体に、所定の温度条件下で磁場を印加することにより、蜂の巣状の格子（スキルミオン結晶）を組むように形成される。スキルミオン１０１の半径は数ナノ〜数十ナノメートルと非常に小さく、安定した粒子としての性質を持つことから、将来的に演算素子、磁気記憶素子としての利用が期待されている。 Recently, among some special metals, it has been discovered that the spin of electrons spontaneously forms a spiral structure called “skillmion”. FIG. 6 is a diagram schematically showing the arrangement of electron spins of skyrmions, and each arrow in the figure indicates the direction of electron spin. Skyrmions are formed so as to form a honeycomb-like lattice (skillumion crystal) by applying a magnetic field to a helical magnetic body having a helical spin arrangement under a predetermined temperature condition. Skyrmion 101 has a very small radius of several nanometers to several tens of nanometers, and since it has stable particle properties, it is expected to be used as an arithmetic element and a magnetic memory element in the future.
しかし、スキルミオンは、従来Ｂ２０構造という特殊な構造を持った合金（電気を良く流す金属）のみでしか観察されてこなかったうえ、限られた温度範囲のみでしか現れなかった。このため、本分野では、スキルミオンを生成させる新物質の開拓や、スキルミオンの制御手法の確立が大きな研究課題となっている。本発明者らは、スキルミオンの渦状のスピン構造を、ローレンツ顕微鏡を用いることにより世界で初めて直接観察することに成功するなどの先駆的な研究を行っている（例えば非特許文献２参照）。この成果により、スキルミオンの直接的な観測が可能になり、従来難しかったさまざまな新材料によるスキルミオンの研究が進みつつある。 However, skyrmions have been observed only with an alloy having a special structure called B20 structure (a metal that flows electricity well) and has appeared only in a limited temperature range. For this reason, in this field, the development of new substances that generate skyrmions and the establishment of methods for controlling skyrmions are major research issues. The present inventors have conducted pioneering studies such as succeeding in directly observing skyrmion vortex-like spin structures for the first time in the world by using a Lorentz microscope (see, for example, Non-Patent Document 2). This result enables direct observation of skyrmions, and research on skyrmions using various new materials that has been difficult in the past is progressing.
従来知られている合金材料中のスキルミオンでは少量の電流で駆動することができると期待される。一方、スキルミオンを絶縁体中に生成することができれば、これを電界により制御することが可能になる。その結果、電流を流す必要が無くなるので、スキルミオンを駆動するための消費電力を格段に低減することが可能になる。しかし、従来スキルミオン結晶は金属中でしか観察されたことが無かった。 It is expected that skyrmions in conventionally known alloy materials can be driven with a small amount of current. On the other hand, if skyrmions can be generated in an insulator, this can be controlled by an electric field. As a result, since it is not necessary to flow current, the power consumption for driving the skyrmion can be significantly reduced. However, traditional skyrmion crystals have only been observed in metals.
したがって、かかる点に着目してなされた本発明の目的は、スキルミオンを駆動する電力消費を大幅に低減することができる絶縁材料を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made by paying attention to this point is to provide an insulating material capable of significantly reducing power consumption for driving skyrmions.
上記目的を達成するため、本発明はスキルミオンが誘起された絶縁材料であることを特徴とするものである。本発明者らの観測によって、絶縁材料中でスキルミオンに電気分極が誘起されるということが確認された。この電気分極を有するスキルミオンに対して、電場勾配を印加することによって、所望の方向に駆動させることが期待できる。なお、スキルミオンの誘起は、磁場を印加することにより行われることが好ましい。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized by an insulating material in which skyrmions are induced. According to observations by the present inventors, it was confirmed that electric polarization is induced in skyrmions in the insulating material. It can be expected to drive the skyrmion having this electric polarization in a desired direction by applying an electric field gradient. The induction of skyrmions is preferably performed by applying a magnetic field.
絶縁材料は、キラルな結晶構造であることが好ましい。中心対称性を持たないキラルな結晶構造を有する絶縁材料は、所定の温度以下において磁場を印加しない状態（ゼロ磁場）で、らせん状の電子スピン構造を有する。このらせん状のスピンに、弱磁場を印加することによって、スキルミオン結晶が生成される。 The insulating material preferably has a chiral crystal structure. An insulating material having a chiral crystal structure without central symmetry has a helical electron spin structure in a state where a magnetic field is not applied below a predetermined temperature (zero magnetic field). By applying a weak magnetic field to the spiral spin, a skyrmion crystal is generated.
また、好適には、絶縁材料は、Ｃｕ２ＯＳｅＯ３から形成される。Ｃｕ２ＯＳｅＯ３は、単結晶であるとさらに好ましいが、単結晶に限定されない。Ｃｕ２ＯＳｅＯ３は、本発明者らの研究により、所定の温度および磁場の条件下においてスキルミオン結晶が生成されることが確認された。スキルミオンが生成される絶縁体としては、世界ではじめて確認されたものである。 Also preferably, the insulating material is formed of Cu 2 OSeO 3 . Cu 2 OSeO 3 is more preferably a single crystal, but is not limited to a single crystal. Cu 2 OSeO 3 has been confirmed by the inventors' research to produce a skyrmion crystal under the conditions of a predetermined temperature and magnetic field. This is the first insulator in the world that can produce skyrmions.
さらに、絶縁材料は、厚さ１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の薄片として形成されることが好ましい。厚さ１００ｎｍ以下の薄片の絶縁材料では、絶縁材料の厚さが磁気らせん構造のらせん周期と同程度またはそれ以下なので、絶縁材料は二次元の材料となり、スキルミオンが安定した状態を保ち易い。このため、磁気相図で表した場合に、スキルミオン相がより広い温度−磁場面（領域）に存在する。また、絶縁材料の厚さが１ｎｍ未満となると、結晶の欠陥が発生し易いので、厚さは１ｎｍ以上が好ましい。 Furthermore, the insulating material is preferably formed as a thin piece having a thickness in the range of 1 nm to 100 nm. In the thin insulating material having a thickness of 100 nm or less, the insulating material is a two-dimensional material because the thickness of the insulating material is equal to or less than the helical period of the magnetic helical structure, and it is easy to maintain the skyrmion in a stable state. For this reason, when represented by a magnetic phase diagram, the skyrmion phase exists in a wider temperature-magnetic field plane (region). Further, when the thickness of the insulating material is less than 1 nm, crystal defects are likely to occur, and thus the thickness is preferably 1 nm or more.
また、上記発明を達成するスキルミオンが誘起された絶縁材料の製造方法は、キラルな結晶構造を有する絶縁材料に、その形状に応じた所定の温度範囲において所定の強度範囲の磁場を印加し、スキルミオンを生成することを特徴とするものである。これによって、電気分極状態が誘起されたスキルミオンを含む絶縁材料を製造することができる。 In addition, the method for producing an insulating material in which skyrmions are induced to achieve the above invention applies a magnetic field in a predetermined intensity range in a predetermined temperature range according to the shape of the insulating material having a chiral crystal structure, It is characterized by generating skyrmions. As a result, an insulating material containing skyrmions in which an electric polarization state is induced can be manufactured.
本発明のスキルミオンを有する領域を備える絶縁材料は、当該絶縁材料中のスキルミオンに電気分極が誘起される。このため、このスキルミオンを電界のみで制御することができる。これによって、電力消費を大幅に低減した演算素子や磁気記憶素子への応用が期待される。 In the insulating material including the region having skyrmions of the present invention, electric polarization is induced in the skyrmions in the insulating material. For this reason, this skyrmion can be controlled only by an electric field. This is expected to be applied to arithmetic elements and magnetic memory elements that significantly reduce power consumption.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、絶縁材料内で形成される分極したスキルミオンを説明する模式図である。本発明の絶縁材料は、中心対称性を有さないキラルな結晶構造（右手と左手のように、鏡写しにした像を互いに重ねることのできない構造）を有する。このような結晶構造を有する材料は、低温下で磁場が印加されないゼロ磁場の状態において、らせん磁気構造を有する。この絶縁材料に、その絶縁材料の種類および形状（特に、厚さ）に応じて、所定の温度以下において所定の強度範囲の磁場を印加すると、スキルミオン１０が周期的に整列したスキルミオン結晶を含む領域が生成される。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating polarized skyrmions formed in an insulating material. The insulating material of the present invention has a chiral crystal structure that does not have central symmetry (a structure in which mirrored images cannot be superimposed on each other like the right hand and the left hand). A material having such a crystal structure has a helical magnetic structure in a zero magnetic field state where no magnetic field is applied at a low temperature. When a magnetic field in a predetermined intensity range is applied to the insulating material in accordance with the type and shape (particularly thickness) of the insulating material at a predetermined temperature or lower, skirmion crystals in which the skillmions 10 are periodically aligned are formed. A containing region is generated.
図１においては、スキルミオン１０の電子スピンの方向を矢印により示している。電子スピンは、同心円状の渦を巻いた構造を形成し、外側においては磁場を印加した方向に沿って揃い、内側に位置するにつれて周方向を経て向きを変え、中心部では外側と反対の方向を向く。また、絶縁体中のスキルミオン１０は、金属中のスキルミオンとは異なり、その渦の上下方向に正負の電荷１１，１２を誘起する。なお、図１ではスキルミオンの電気分極Ｐの方向を右側の矢印で示している。 In FIG. 1, the direction of electron spin of skyrmion 10 is indicated by an arrow. The electron spin forms a concentric vortex structure, aligned on the outside along the direction in which the magnetic field is applied, changes direction through the circumferential direction as it is located on the inside, and the direction opposite to the outside on the center Facing. The skyrmion 10 in the insulator induces positive and negative charges 11 and 12 in the vertical direction of the vortex unlike the skyrmion 10 in the metal. In FIG. 1, the direction of the electric polarization P of skyrmion is indicated by an arrow on the right side.
このため、スキルミオン１０は、絶縁体に印加される電界によって制御することが可能になる。絶縁体中の電場は、金属中の電流と異なり、ジュール熱（電流の二乗に比例した発熱）によるエネルギー損失を生じない。このため、スキルミオンを例えば情報担体（０と１の状態の運び手）として電場で駆動する場合には、極めて僅かな消費電力しか消費しないと考えられる。従って、本発明の絶縁材料は、超低消費電力の演算素子や磁気メモリ素子に適用し得るものと期待される。 For this reason, the skyrmion 10 can be controlled by the electric field applied to the insulator. Unlike the current in metal, the electric field in the insulator does not cause energy loss due to Joule heat (heat generation proportional to the square of the current). For this reason, when the skyrmion is driven by an electric field as an information carrier (a carrier in the state of 0 and 1), it is considered that very little power is consumed. Therefore, it is expected that the insulating material of the present invention can be applied to an extremely low power consumption arithmetic element or magnetic memory element.
中心対称性を有さないキラルな結晶構造を有する絶縁材料として、縦、横および厚さがそれぞれ２ｍｍ、２ｍｍおよび０．５ｍｍのＣｕ２ＯＳｅＯ３の単結晶試料（バルクの絶縁材料）を使用した。Ｃｕ２ＯＳｅＯ３の結晶系は立方晶系で、Ｐ２１３の空間群に属している。このＣｕ２ＯＳｅＯ３の単結晶試料は、気相輸送法により作製された。この絶縁材料は、６０Ｋ以下でらせん型のスピン配列をとる。このことは、薄片にした試料を、ローレンツ顕微鏡を用いて観察することにより確認された。絶縁材料におけるスキルミオンの発見は世界初である。さらに、本発明者らは、発生したスキルミオンが正の電気分極を有することを発見した。このようなスピン構造と電気分極との結合は珍しい現象であるが、スキルミオンの有する低い対称性が電荷の空間的な偏りを促した結果であると説明できる。 A single crystal sample (bulk insulating material) of Cu 2 OSeO 3 of 2 mm, 2 mm and 0.5 mm in length, width and thickness was used as an insulating material having a chiral crystal structure without central symmetry. . The crystal system of Cu 2 OSeO 3 is cubic and belongs to the P2 13 space group. This single crystal sample of Cu 2 OSeO 3 was produced by a vapor transport method. This insulating material takes a helical spin arrangement below 60K. This was confirmed by observing the sliced sample using a Lorentz microscope. The discovery of skyrmions in insulating materials is the world's first. Furthermore, the present inventors have discovered that the generated skyrmions have a positive electrical polarization. Such a coupling between the spin structure and the electric polarization is a rare phenomenon, but it can be explained that the low symmetry of skyrmions is the result of promoting the spatial bias of electric charges.
この単結晶試料の温度を５７Ｋとして、ミラー指数［１１１］で表される方向に弱磁場（−１０００Ｏｅ〜１０００Ｏｅ）を印加した。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ絶縁材料に印加する磁場の強度に対する磁化（Ｍ）、交流帯磁率、および、電気分極（Ｐ）の変化を示す図である。ここで、電気分極（Ｐ）は電位計を用いて測定し、交流帯磁率と磁化（Ｍ）とは、超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）を用いて測定を行った。 The temperature of this single crystal sample was 57 K, and a weak magnetic field (-1000 Oe to 1000 Oe) was applied in the direction represented by the Miller index [111]. 2A to 2C are diagrams showing changes in magnetization (M), AC magnetic susceptibility, and electric polarization (P) with respect to the strength of the magnetic field applied to the insulating material. Here, electric polarization (P) was measured using an electrometer, and AC magnetic susceptibility and magnetization (M) were measured using a superconducting quantum interference device (SQUID).
図２（ａ）からわかるように、磁化は印加される磁場の大きさの絶対値が小さい場合は、その大きさにほぼ比例するが、磁場が約−６００Ｏｅおよび６００Ｏｅにおいて飽和し、磁場の大きさの絶対値が６００Ｏｅ以上ではほぼ一定値となる。また、図２（ｂ）に示す交流帯磁率を示す曲線も同じ強度の±６００Ｏｅの磁場で、屈曲を示す。さらに、交流帯磁率を示す曲線は、磁場の大きさが０の周辺と、磁場の大きさの絶対値が１８０Ｏｅ〜４００Ｏｅの範囲において、凹みを有している。このことから、絶縁材料は、磁場が−１００Ｏｅ〜１００Ｏｅの場合には、マルチ伝播ベクトルを持つらせん構造（ｈ’）を有し、さらに印加磁場を増加させると、磁場の絶対値が１８０Ｏｅ〜４００Ｏｅの領域にスキルミオン相（ｓ）が形成されると判断される。さらに、印加磁場を大きくするとシングル伝播ベクトルを持つらせん構造（ｈ）となり、印加磁場の大きさの絶対値が６００Ｏｅを越えると、フェリ磁気構造（ｆ）となる。 As can be seen from FIG. 2A, the magnetization is almost proportional to the magnitude of the applied magnetic field when the absolute value of the applied magnetic field is small, but the magnetic field is saturated at about −600 Oe and 600 Oe, and the magnitude of the magnetic field is large. When the absolute value is 600 Oe or more, the value is almost constant. Further, the curve showing the AC magnetic susceptibility shown in FIG. 2B also shows bending at a magnetic field of ± 600 Oe having the same strength. Further, the curve indicating the AC magnetic susceptibility has a dent in the vicinity of the magnetic field size of 0 and the absolute value of the magnetic field size in the range of 180 Oe to 400 Oe. From this, the insulating material has a helical structure (h ′) having a multi-propagation vector when the magnetic field is −100 Oe to 100 Oe, and when the applied magnetic field is further increased, the absolute value of the magnetic field is 180 Oe to 400 Oe. It is determined that the skyrmion phase (s) is formed in the region of. Further, when the applied magnetic field is increased, a spiral structure (h) having a single propagation vector is obtained, and when the absolute value of the applied magnetic field exceeds 600 Oe, a ferrimagnetic structure (f) is obtained.
この絶縁材料は、図２（ｃ）に示すように、磁場を印加しない状態では電気分極は見られないが、弱磁場を印加してマルチ伝播ベクトルを持つらせん構造（ｈ’）を示すときは、負の電気分極を生じる。さらにスキルミオン相（ｓ）が形成されると、電気分極が正に変わる。この分極の変化を利用して、勾配電場を印加することによりスキルミオンを駆動することが可能になる。なお、図２（ｃ）の二重線はヒステリシスによるものである。 As shown in FIG. 2 (c), this insulating material does not show electric polarization in a state where no magnetic field is applied, but when a weak magnetic field is applied to show a helical structure (h ′) having a multi-propagation vector. Produces negative electrical polarization. Furthermore, when the skyrmion phase (s) is formed, the electric polarization changes to positive. Utilizing this change in polarization, the skyrmion can be driven by applying a gradient electric field. The double line in FIG. 2C is due to hysteresis.
次に、図３に電・磁気特性測定により得られたバルクの絶縁材料の磁気相図を示す。スキルミオン相は、温度５６Ｋ〜５８Ｋ、磁場１８０Ｏｅ〜４００Ｏｅの温度−磁場面上に存在している。なお、図３においてらせん磁性のシングルｑ領域、マルチｑ領域のそれぞれの相は、シングル伝播ベクトルを持つらせん構造（ｈ）およびマルチ伝播ベクトルを有するらせん構造（ｈ’）に対応している。 Next, FIG. 3 shows a magnetic phase diagram of a bulk insulating material obtained by measuring the electro-magnetic characteristics. The skyrmion phase exists on the temperature-magnetic field surface at a temperature of 56K to 58K and a magnetic field of 180 Oe to 400 Oe. In FIG. 3, the phases of the single q region and the multi q region of the helical magnetism correspond to the helical structure (h) having a single propagation vector and the helical structure (h ′) having a multi propagation vector.
スキルミオン結晶が生成される温度および磁場の条件は、絶縁材料の形状、特に、厚さに依存する。図４は、薄片状のＣｕ２ＯＳｅＯ３単結晶材料について、この絶縁材料の面に垂直な方向であって、ミラー指数［１１１］で表される方向に弱磁場を印加して、ローレンツ電子顕微鏡法によりスキルミオンを直接観察することにより作成した磁気相図である。この絶縁材料は、気相輸送法により作製された単結晶のＣｕ２ＯＳｅＯ３を機械研磨後、アルゴンイオンビームによって楔形の薄片に加工したものである。この薄片の厚さは、最も薄い部分で１０ｎｍ、最も厚い部分で１００ｎｍであり、測定は厚さ約５０ｎｍの部分で行った。 The temperature and magnetic field conditions under which skyrmion crystals are generated depend on the shape of the insulating material, in particular the thickness. FIG. 4 shows a Lorentz electron microscope for a flaky Cu 2 OSeO 3 single crystal material by applying a weak magnetic field in a direction perpendicular to the surface of the insulating material and represented by the Miller index [111]. It is a magnetic phase diagram created by directly observing skyrmions by the method. This insulating material is obtained by mechanically polishing a single crystal Cu 2 OSeO 3 manufactured by a vapor transport method and processing it into a wedge-shaped thin piece by an argon ion beam. The thickness of the thin piece was 10 nm at the thinnest portion and 100 nm at the thickest portion, and the measurement was performed at a portion having a thickness of about 50 nm.
図４中に示される破線で囲まれたスキルミオン相の領域は、スキルミオンが観測された領域である。また、図５は、スキルミオンの密度が高い領域で、ローレンツ顕微鏡を用いてスキルミオン結晶を観察した画像である。５０ｎｍ程度の大きさのスキルミオンが、蜂の巣状に格子を組むように整列している。図４に示されたスキルミオン相は、図３に示した０．５ｍｍの厚さを有する材料を用いた場合と比較して、広い温度範囲（５Ｋ〜５０Ｋ）および磁場範囲（４５０Ｏｅ〜１８００Ｏｅ）の領域中に存在する。 The region of the skillmion phase surrounded by a broken line shown in FIG. 4 is a region where the skillmion is observed. FIG. 5 is an image obtained by observing the skyrmion crystal using a Lorentz microscope in a region where the skyrmion density is high. Skyrmions with a size of about 50 nm are aligned so as to form a lattice in a honeycomb shape. The skyrmion phase shown in FIG. 4 has a wider temperature range (5K-50K) and magnetic field range (450 Oe-1800 Oe) compared to the case of using the material having a thickness of 0.5 mm shown in FIG. Exists in the area.
このような、スキルミオン相が形成される温度および磁場範囲の拡大は、本発明者らが実測により世界ではじめて確認したものである。このようなスキルミオン相の拡大は、絶縁材料が二次元試料の場合に生じると考えられる。二次元試料とは、試料の厚さが、試料のらせん磁気構造の周期よりも小さいものとして定義される。Ｃｕ２ＯＳｅＯ３の単結晶の場合、ゼロ磁場におけるらせん磁気構造の周期（スキルミオンの大きさにほぼ等しい）が約５０ｎｍであるから、これと同程度、またはそれ以下の厚さにおいてスキルミオンが安定する。また、らせん磁気構造の周期の２倍程度（１００ｎｍ）までならば、ある程度そのような二次元材料の効果が現れると考えられる。 Such expansion of the temperature and magnetic field range at which the skyrmion phase is formed was confirmed by the present inventors for the first time in the world by actual measurement. Such expansion of the skyrmion phase is considered to occur when the insulating material is a two-dimensional sample. A two-dimensional sample is defined as one in which the sample thickness is less than the period of the helical magnetic structure of the sample. In the case of a single crystal of Cu 2 OSeO 3 , the period of the helical magnetic structure in zero magnetic field (approximately equal to the size of skyrmion) is about 50 nm. Stabilize. Further, it is considered that the effect of such a two-dimensional material appears to some extent if it is up to about twice the period of the helical magnetic structure (100 nm).
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、絶縁材料はＣｕ２ＯＳｅＯ３に限られず、キラルな結晶構造を有し、所定の条件下でスキルミオン相を有する絶縁材料であれば良い。また、実施例２において絶縁材料として楔形の薄片の厚さ約５０ｎｍの部分を用いて測定を行ったが、本絶縁材料を薄片として使用する場合は、その他の種々の形状、厚さの材料を用いても良い。また、絶縁材料にスキルミオンを誘起する方法は、磁場の印加に限られず、パルス電流や圧力の印加などによる方法も可能である。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, Many deformation | transformation or a change is possible. For example, the insulating material is not limited to Cu 2 OSeO 3 and may be any insulating material having a chiral crystal structure and having a skyrmion phase under predetermined conditions. Further, in Example 2, measurement was performed using a wedge-shaped thin piece having a thickness of about 50 nm as an insulating material. However, when this insulating material is used as a thin piece, materials of various other shapes and thicknesses are used. It may be used. Further, the method of inducing skyrmions in the insulating material is not limited to the application of a magnetic field, and a method of applying a pulse current or pressure is also possible.
本発明によるスキルミオンを有する領域を備える絶縁材料を用いれば、ナノサイズのスピンの渦であるスキルミオンの位置を、ジュール熱による損失を生じることなく、電場によって自在に制御できることが期待できる。したがって、将来の超低消費電力の演算素子や磁気メモリ素子に適用されることが期待される。 If an insulating material having a region having a skyrmion according to the present invention is used, it can be expected that the position of the skyrmion, which is a nano-sized spin vortex, can be freely controlled by an electric field without causing loss due to Joule heat. Therefore, it is expected to be applied to future ultra-low power consumption arithmetic elements and magnetic memory elements.
１０ スキルミオン
１１ 正の電荷
１２ 負の電荷
２１ 電子スピンの方向
Ｐ 電気分極
１０１ スキルミオン
10 Skyrmion 11 Positive Charge 12 Negative Charge 21 Electron Spin Direction P Electric Polarization 101 Skyrmion
Claims (7)
The manufacturing method according to claim 6, wherein the insulating material is made of Cu 2 OSeO 3 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012224294A JP2014078560A (en) | 2012-10-09 | 2012-10-09 | Insulation material and manufacturing method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012224294A JP2014078560A (en) | 2012-10-09 | 2012-10-09 | Insulation material and manufacturing method therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014078560A true JP2014078560A (en) | 2014-05-01 |
Family
ID=50783654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012224294A Pending JP2014078560A (en) | 2012-10-09 | 2012-10-09 | Insulation material and manufacturing method therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2014078560A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014175417A (en) * | 2013-03-07 | 2014-09-22 | Institute Of Physical & Chemical Research | Method of generating and erasing skyrmion, and magnetic element |
| CN104157297A (en) * | 2014-07-17 | 2014-11-19 | 北京航空航天大学 | On-chip information transmission device based on magnetic skyrmion |
| WO2016021403A1 (en) * | 2014-08-07 | 2016-02-11 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Storage medium, recording device, data processing device, data recording device, and communications device |
| WO2016021349A1 (en) * | 2014-08-07 | 2016-02-11 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Magnetic storage medium and data recording device |
| JP2016139673A (en) * | 2015-01-26 | 2016-08-04 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Magnetic element, skyrmion memory, skyrmion memory device, data processing device, solid-state electronic device with skyrmion memory, data recording device, data processing device and data communication device |
| WO2016158230A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 国立研究開発法人科学技術振興機構 | Skyrmion generation device, skyrmion generation method, and magnetic memory device |
| JP2019087697A (en) * | 2017-11-09 | 2019-06-06 | 株式会社日立製作所 | Thermoelectric converter and heat transport system |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999050833A1 (en) * | 1998-03-30 | 1999-10-07 | Japan Science And Technology Corporation | Method and apparatus for magnetic recording |
-
2012
- 2012-10-09 JP JP2012224294A patent/JP2014078560A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999050833A1 (en) * | 1998-03-30 | 1999-10-07 | Japan Science And Technology Corporation | Method and apparatus for magnetic recording |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014175417A (en) * | 2013-03-07 | 2014-09-22 | Institute Of Physical & Chemical Research | Method of generating and erasing skyrmion, and magnetic element |
| CN104157297A (en) * | 2014-07-17 | 2014-11-19 | 北京航空航天大学 | On-chip information transmission device based on magnetic skyrmion |
| CN104157297B (en) * | 2014-07-17 | 2017-01-25 | 北京航空航天大学 | On-chip information transmission device based on magnetic skyrmion |
| WO2016021349A1 (en) * | 2014-08-07 | 2016-02-11 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Magnetic storage medium and data recording device |
| WO2016021403A1 (en) * | 2014-08-07 | 2016-02-11 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Storage medium, recording device, data processing device, data recording device, and communications device |
| JPWO2016021403A1 (en) * | 2014-08-07 | 2017-06-01 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Storage medium, recording device, data processing device, data recording device, and communication device |
| JPWO2016021349A1 (en) * | 2014-08-07 | 2017-06-15 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Magnetic storage medium and data recording apparatus |
| JP2016139673A (en) * | 2015-01-26 | 2016-08-04 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Magnetic element, skyrmion memory, skyrmion memory device, data processing device, solid-state electronic device with skyrmion memory, data recording device, data processing device and data communication device |
| WO2016158230A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 国立研究開発法人科学技術振興機構 | Skyrmion generation device, skyrmion generation method, and magnetic memory device |
| JPWO2016158230A1 (en) * | 2015-03-31 | 2017-09-07 | 国立研究開発法人科学技術振興機構 | SKILLMION GENERATION DEVICE, SKILLMION GENERATION METHOD, AND MAGNETIC STORAGE DEVICE |
| TWI640000B (en) * | 2015-03-31 | 2018-11-01 | 國立研究開發法人科學技術振興機構 | Smear generation device, sigmoid generation method and magnetic memory device |
| US10134460B2 (en) | 2015-03-31 | 2018-11-20 | Japan Science And Technology Agency | Skyrmion generation device, skyrmion generation method, and magnetic memory device |
| JP2019087697A (en) * | 2017-11-09 | 2019-06-06 | 株式会社日立製作所 | Thermoelectric converter and heat transport system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hayami et al. | Square skyrmion crystal in centrosymmetric itinerant magnets | |
| JP2014078560A (en) | Insulation material and manufacturing method therefor | |
| Zhang et al. | Current-induced magnetic skyrmions oscillator | |
| Bukharaev et al. | Straintronics: a new trend in micro-and nanoelectronics and materials science | |
| Jiang et al. | Skyrmions in magnetic multilayers | |
| Shen et al. | Dynamics of the antiferromagnetic skyrmion induced by a magnetic anisotropy gradient | |
| Jiang et al. | Twisted magnon as a magnetic tweezer | |
| Coey | Magnetism and magnetic materials | |
| Cheong et al. | Multiferroics: a magnetic twist for ferroelectricity | |
| US20150085569A1 (en) | Electric field ferromagnetic resonance excitation method and magnetic function element employing same | |
| Lin et al. | Face centered cubic and hexagonal close packed skyrmion crystals in centrosymmetric magnets | |
| Leonov et al. | Field-driven metamorphoses of isolated skyrmions within the conical state of cubic helimagnets | |
| Gruszecki et al. | The influence of the internal domain wall structure on spin wave band structure in periodic magnetic stripe domain patterns | |
| Li et al. | Tunable terahertz oscillation arising from Bloch-point dynamics in chiral magnets | |
| Chen et al. | Spin superfluidity in coplanar multiferroics | |
| Polesya et al. | Skyrmion magnetic structure of an ordered FePt monolayer deposited on Pt (111) | |
| Yu | Magnetic imaging of various topological spin textures and their dynamics | |
| Marrows | An inside view of magnetic skyrmions | |
| Booth et al. | Collective modes of three-dimensional magnetic structures: A study of target skyrmions | |
| Zhou et al. | Spinmotive force in the out-of-plane direction generated by spin wave excitations in an exchange-coupled bilayer element | |
| Hu et al. | Engineering domain structures in nanoscale magnetic thin films via strain | |
| Li et al. | Spin hall nano-oscillators based on two-dimensional Fe 3 GeTe 2 magnetic materials | |
| Zu et al. | Magnetic domains in a uniaxial magnet Dy3Al2 | |
| Ieda et al. | Spinmotive force in magnetic nanostructures | |
| Gruszecki et al. | The influence of the internal domain wall structure on spin wave band structure in periodic magnetic stripe domain patterns |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20150820 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150827 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150902 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20150825 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160915 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161004 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20170404 |