国立大学法人 東京工業大学

講義の概要とねらい

電子の磁気モーメントはスピン自由度から発生する。磁性学では磁気記録への応用などのため磁気秩序を制御する。一方、スピントロニクスではセンサーやMRAMへの応用のためのスピン偏極流の制御を取り扱う。本講義では、量子論と固体物理を基礎として磁性学とスピントロニクスに関して講義する。
磁性学の基礎理論（常磁性、強磁性、反強磁性、フェリ磁性）やスピントロニクスに関する各種のスピン依存伝導現象（異方性磁気抵抗効果、巨大磁気抵抗効果、トンネル磁気抵抗効果、異常ホール効果、スピンホール効果、半導体へのスピン注入等）を取扱い、それらの応用である磁気記録、磁気センサー、MRAM、スピントランジスタなどについて説明する。

到達目標

本講義を履修することによって、 磁気記録、センサー、磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）、スピントランジスタなどの磁気・スピン工学デバイスを理解するための磁性学とスピントロニクスの基礎を学ぶ
1) 磁性学の基礎理論（常磁性、強磁性、反強磁性、フェリ磁性）の概念を説明できる
2) 磁気異方性、磁区と磁化過程を理解できる
３）異方性磁気抵抗効果とそれを用いた磁気センサーを理解できる
４）各種のスピン依存伝導現象（巨大磁気抵抗効果、トンネル磁気抵抗、異常ホール効果、スピンホール効果）を理解できる。
５）磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ）の構造、動作原理、材料を理解できる。
６）スピントラスファートルクによるMRAMの書き込み方式を理解できる。
７）半導体スピントロニクスの概念、デバイス構造、材料を理解できる。
８）強磁性半導体の結晶成長、磁気特性と将来展望を理解できる。

キーワード

強磁性体、磁気記録、磁気センサー、異方性磁気抵抗効果、巨大磁気抵抗効果、トンネル磁気抵抗効果、異常ホール効果、スポンホール効果、ＭＲＡＭ、強磁性半導体

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

授業の進め方

演習問題が出た場合、次の講義の前半で，復習を兼ねて前回の演習問題の解答を解説します。

授業計画・課題

教科書

特になし

参考書、講義資料等

チャールズ キッテル『固体物理入門』 ISBN-13: 978-4621076538
近角 聡信 『強磁性体の物理』　裳華房 ISBN-13: 978-4785323042
S. ブランデル 『固体の磁性』 中村裕之訳、内田老鶴圃 ISBN-13: 978-4753620913
宮崎照宣、土浦宏紀　『スピントロニクスの基礎』　共立出版 ISBN-13: 978-4627774612

成績評価の基準及び方法

磁性の種類，磁性体におけるスピン依存散乱、スピン依存輸送現象とそれらの応用について，その理解度を評価。配点は，レポート(50%)および演習（50％）。

関連する科目

• EEE.D201 ： 量子力学

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

量子力学(EEE.D201)を履修していること，または同等の知識があること