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熱力学的非平衡状態を用いたナノ構造強磁性体の作製とスピン相関デバイスへの応用

Research Project

Project/Area Number 15710091
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Nanomaterials/Nanobioscience
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

能崎 幸雄  九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 助手 (30304760)

Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2003: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Keywordsスピントロニクス / 巨大磁気抵抗効果 / 磁界センサ / 不揮発メモリ / 静磁気相互作用 / 磁化反転過程 / マイクロマグネティクスシミュレーション
Research Abstract

ナノ構造を有する強磁性多層膜ピラーの磁化反転特性を独自に開発した2段階ミリング法によるクロスコンタクト測定法を用いて詳しく調べた。また、磁性層間の静磁気的結合が多層膜ピラーの磁化過程に及ぼす影響を定量的に解析するため、マイクロマグネティクス計算結果からのエネルギー再構成を導入した新しい単磁区モデル計算を行った。さらに、強磁性層としてハーフメタル材料であるFe_3O_4を用いた多層膜ピラーを作成し、電界によるスピン輸送特性制御についても調べた。
1)サブミクロンスケールに微細加工したNiFe/Cu多層膜パターンのCPP-GMR特性を調べた。その結果、フリンジ磁界に起因する磁性層間の静磁気相互作用により、隣接磁性層の磁化が互いに反対方向に回転する可逆磁化過程が実現することを磁気抵抗測定より確かめた。磁界掃引に対して磁気抵抗の大きさが履歴なしにかつ線形変化するこのような特性は、極微磁界センサへの応用上重要な成果である。また、多層膜の磁化過程を効率的かつ高精度に導出可能な新しい計算モデルを確立し、多層膜パターンの飽和磁界の膜厚依存性について明らかにした。
2)Fe_3O_4を用いた多層膜ピラーの膜面垂直(CPP)電気伝導特性において、バイアス電圧によりCPP伝導度が3桁程度変化するスイッチング現象を発見した。さらに、高抵抗状態から低抵抗状態へのスイッチング電圧は、温度上昇に伴い単調な減少を示し、熱的励起と電気的励起の相乗効果として伝導度スイッチングが起こることがわかった。さらに、スイッチング電圧がFe_3O_4層の膜厚にほぼ比例しており、膜厚方向の電界強度がスイッチング現象を支配していると考えられる。なお、スイッチング電圧の温度依存性および膜厚依存性の結果より、電気的励起のみによるスイッチングの閾値電界が2×10^7V/mであることがわかった。

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (6 results) Publications (4 results)

  • [Journal Article] Numerical simulation of write-operation in MRAM memory cell array-with magnetostatic interaction2005

    • Author(s)
      Y.Nozaki et al.
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics (印刷中)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Thermal stability of Co_<90>Pt_<10> islands with relief-structured samples2004

    • Author(s)
      Y.Nozaki et al.
    • Journal Title

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials 272-276

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Magnetic and Electric Properties of Fe_3O_4 Thin Films Sputtered on Metallic Underlaver2004

    • Author(s)
      F.Qin et al.
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Electronics E87-C・2

      Pages: 189-192

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Controlling of spin orientation in a pseudo spin valve MRAM cell with pulsed conductor currents2004

    • Author(s)
      J.Kikuchi et al.
    • Journal Title

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials 272-276

      Pages: 1895-1897

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Effect of magnetostatic fringe field coupling on magnetic properties of nano-structured single domain particle arrays2004

    • Author(s)
      H.Oishi et al.
    • Journal Title

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials 272-276

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Effect of metallic under-layer on structural and magnetic properties of sputtered Fe_3O_4 films2004

    • Author(s)
      F.Qin et al.
    • Journal Title

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials 272-276

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] Y.Nozaki et al.: "Gbit級MRAM機能動作の計算機シミュレーション"電子情報通信学会技術研究報告. 102・723. 35-40 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Y.Nozaki et al.: "Size dependence of switching current and energy barrier in the magnetization reversal of rectangular MRAM cell"Journal of Applied Physics. 93・10. 7295-7297 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] H.Oishi et al.: "Switching behavior of cross contacting CPP-GMR structure fabricated by two-step ion milling technique"Journal of Applied Physics. 93・10. 7613-7615 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Y.Nozaki et al.: "Non-linear temperature dependence of switching fields in relief-structured Co/Ni_<80>Fe_<20> particles"Journal of Applied Physics. 93・11. 9182-9185 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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