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超薄膜強磁性金属における磁気異方性の電界制御

Research Project

Project/Area Number 11J01274
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Applied materials science/Crystal engineering
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

塩田 陽一  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2011 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywordsスピントロニクス / 磁気異方性 / 磁化反転 / 電圧制御
Research Abstract

現在、メモリなどのエレクトロニクスデバイスにおいて待機電力・消費電力の低減が求められています。そこで本研究では、室温下で磁性材料に直接電圧を印加することによって磁化の方向を制御し新たなデバイス応用を目指し研究を行っています。本年度は電圧効果の下地依存性、及び新たな解析手法を用いた垂直磁気異方性の二次の項に対する電圧効果の定量評価を行いました。
まずスパッタリング法を用いて成膜したTa下地及びRu下地を有するCoFeB/MgO接合において、様々な電界印加下での磁気抵抗曲線から電界効果を定量的に評価しました。どちらの素子においても垂直磁気異方性は電界に対して線形に応答するが、変化の符号が異なっていました。異方性変化量はそれぞれTa/CoFeB/MgOで-35・J/m2(V/nm)-1、Ru/CoFeB/MgOで+18・・J/m2(V/nm)-1でした。この結果より、電界効果は強磁性層/絶縁層界面での効果と考えられるが、その変化の大きさ・符号は下地層にも大きく依存することがわかりました。
次にスパッタリング法を用いて成膜したMgO(2nm)/CoFeB(2nm)/Ta capのトンネル磁気接合素子において高次の垂直磁気異方性の電圧効果を評価しました。まずは垂直磁気異方性の一次の項に対する電圧効果を定量評価しました。高次の異方性は膜面垂直磁場下では無視する事ができるため、そのような条件下での熱励起強磁性共鳴法より共鳴周波数を測定しました。フィッティングを行った結果、一次の垂直異方性磁場の線形な電圧依存性を有し、-0.34kOe/Vの傾き持つことがわかりました。次に膜面垂直方向から35°傾けた傾斜磁場印加下で電圧誘起強磁性共鳴法より共鳴周波数を測定しました。ここでフィッティングを行う際、一次の項の値は前述の値を用いました。この測定より二次の垂直磁気異方性磁場も線形な電圧依存性を有し、-0.14kOe/Vと一次の項よりは小さいものの、同様に電圧効果を示しました。このような報告はこれまで行われておらず、二次の項まで考慮する事は今後電圧効果の増大に有益であると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(3 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2014 2013 2012 2011

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (14 results)

  • [Journal Article] Opposite signs of voltage-induced perpendicular magnetic anisotropy change in CoFeBg | MgO junctions with different underlayers2013

    • Author(s)
      Y. Shiota, F. Bonell, S. Miwa, N. Mizuochi, T. Shinjo, and Y. Suzuki
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 103 Issue: 8 Pages: 82410-1

    • DOI

      10.1063/1.4819199

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Detailed analysis of spin-dependent quantum interference effects in magnetic tunnel junctions with Fe quantum wells2013

    • Author(s)
      P.Sheng(共著)
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 102 Issue: 3 Pages: 32406-32406

    • DOI

      10.1063/1.4789438

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electric-field-induced ferromagnetic resonance excitation in an ultrathin ferromagnetic metal layer2012

    • Author(s)
      T. Nozaki (共著)
    • Journal Title

      Nature Physics

      Volume: 8 Issue: 6 Pages: 491-496

    • DOI

      10.1038/nphys2298

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pulse voltage-induced dynamic magnetization switcing in magnetic tunneling junctions with high resistance-area product2012

    • Author(s)
      Y. Shiota
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 101 Issue: 10 Pages: 102406-102406

    • DOI

      10.1063/1.4751035

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Induction of coherent magnetization switching in a few atomic layers of FeCo using voltage pulses2011

    • Author(s)
      Yoichi Shiota
    • Journal Title

      Nature Materials

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 39-44

    • DOI

      10.1038/nmat3172

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Evaluation of voltage-torque through voltage-induced ferromagnetic resonance2014

    • Author(s)
      Y. Shiota, S. Miwa, F. Bonell, N. Mizuochi, T. Shinjo, Y. Suzuki
    • Organizer
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県)
    • Year and Date
      2014-03-20
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Evaluation of voltage-torque by voltage-induced ferromagnetic resonance in CoFeB|MgO magnetic tunnel junctions2013

    • Author(s)
      Y. Shiota, S. Miwa, F. Bonell, N. Mizuochi, T. Shinjo, Y. Suzuki
    • Organizer
      58th Annual Conference on MMM
    • Place of Presentation
      Sheraton Denver Down Town(米国コロラド州)
    • Year and Date
      2013-11-08
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Au (001)/Fe (001)/MgO (001)におけるスピン波伝搬のFe膜厚依存性2013

    • Author(s)
      塩田陽一、三輪真嗣、水落憲和、新庄輝也、鈴木義茂
    • Organizer
      第68回日本物理学会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島県)
    • Year and Date
      2013-09-25
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 電圧誘起強磁性共鳴による電圧トルク評価2013

    • Author(s)
      塩田陽一、三輪真嗣、F. Bonell、水落憲和、新庄輝也、鈴木義茂
    • Organizer
      第37回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道)
    • Year and Date
      2013-09-05
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Voltage-induced perpendicular magnetic anisotropy change in sputtered Ru/CoFeB/Mgo structure2013

    • Author(s)
      Y. Shiota, F. Bonell, S. Miwa, N. Mizuochi, T. Shinjo, Y. Suzuki
    • Organizer
      The 8th international symposium on Metallic Multilayers
    • Place of Presentation
      Kyoto Research Park (京都府)
    • Year and Date
      2013-05-20
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] The influence or under-layer for voltage-controlled magnetic anisotropy in CoFeB/MgO junctions2013

    • Author(s)
      塩田陽一
    • Organizer
      第60回応用物理学会学術講演会 2013年春
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2013-03-29
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamnic magnetization switching and spin wave excitation by voltage-induced torque2013

    • Author(s)
      Y. Shiota
    • Organizer
      American Physics Society March Meeting 2013
    • Place of Presentation
      Baltimore Convention Center(USA)(招待講演)
    • Year and Date
      2013-03-21
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] High-speed dynamics induced by electric field in magnetic tunnel Junctions2013

    • Author(s)
      Y. Shiota
    • Organizer
      12th Joint MMM/Intermag Conference
    • Place of Presentation
      Hyatt Regency Chicaco (USA)(招待講演)
    • Year and Date
      2013-01-15
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Spin wave propagation in single crystal Au (001) /Fe (001) /MgO(OOl) waveguides2012

    • Author(s)
      Y. Shiota
    • Organizer
      The 19th International Conference on Magnetism
    • Place of Presentation
      Bexco (Korea)
    • Year and Date
      2012-07-13
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] パルス電圧によるダイナミック磁化反転の電界強度依存性2012

    • Author(s)
      塩田陽一
    • Organizer
      第59回応用物理学会関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2012-03-18
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Electric-field dependence of switching probability for dynamic magnetization switching in a few atomic layers of FeCo2011

    • Author(s)
      Yoichi Shiota
    • Organizer
      MMM2011
    • Place of Presentation
      Chicago, Illinois, USA
    • Year and Date
      2011-11-02
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] パルス電圧によるダイナミック磁化反転2011

    • Author(s)
      塩田陽一
    • Organizer
      第35回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      新潟朱鷺メッセ
    • Year and Date
      2011-09-29
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 電圧誘起磁気異方性変化によるダイナミック磁化反転制御2011

    • Author(s)
      塩田陽一
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学
    • Year and Date
      2011-08-31
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Magnetization switching using pulse voltage induced magnetic anisotropy change2011

    • Author(s)
      Yoichi Shiota
    • Organizer
      Intermag2011
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan(招待講演)
    • Year and Date
      2011-04-26
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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