1999 Fiscal Year Annual Research Report
磁気トルクロス解析による強磁性/反強磁性積層膜の交換磁気異方性発現機構の解明
| Project/Area Number |
11750248
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
角田 匡清 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80250702)
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| Keywords | 交換磁気異方性 / スピンバルブ / 磁性薄膜 / 磁気トルク / 積層膜 / 反強磁性 |
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| Research Abstract |
スピンバルブ型GMR薄膜に不可欠な界面物理事象の一つである、強磁性層/反強磁性層積層膜の交換磁気異方性は、その発現メカニズムが完全に理解されているとは言いがたい状況にある。1956年の現象の発見以来、定性的なモデルとして用いられてきたMeiklejohnのSingle spin modelによれば、実験で観測される高磁界下における一方向磁気異方性と、回転ヒステリシス損失の共存は説明されず、現象理解の大きな壁であった。本研究においては、磁気トルクロス解析を中心として、積層膜の微細構造と交換磁気異方性との相関について検討を行い、交換磁気異方性発現のメカニズム解明を図ることを目的としている。
本年度は、超清浄雰囲気スパッタ法を用いて、反強磁性層厚を変化させたNi-Fe/Mn-Ir積層膜を作製し、その微細構造評価ならびに磁気トルク曲線の印加磁界に対する変化を測定した。X線回折法による構造解析の結果は、設計した積層膜構造から計算される回折プロファイルと良く一致しており、積層膜構造がよく制御されていることがわかった。積層膜断面像および平面像の電子顕微鏡観察結果からは、積層膜が多結晶構造を有し、膜面に対して強く(111)配向し、膜面内に対してはランダムな配向を有するシートテクスチャであることが判り、反強磁性層の膜厚には局所的に数原子層程度のばらつきがあることが明らかとなった。磁気トルク曲線の測定結果と、Single spin modelによる計算結果とは、定性的に良く一致し、特に反強磁性層膜が臨界膜厚以上の場合には、高印加磁界下において、回転ヒステリシス損失を持たない一方向磁気異方性が観測されることが判った。以上の結果から、従来理解が困難であった一方向異方性とトルクロスの共存は、反強磁性層の膜厚の局所的ばらつきに起因していることが明らかとなった。
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[Publications] M.Tsunoda: "Effect of antiferromagnetic grain size on exchange anisotropy in Ni-Fe/25 at%Ni-Mn films"Journal of Magnetic Society Japan. 23. 173-175 (1999)
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[Publications] M.Tsunoda: "Enhanced exchange anisotropy of Ni-Fe/Mn-Ni bilayers fabricated under the extremely clean sputtering process"Journal of Applied Physics. 85. 4919-4921 (1999)
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[Publications] M.Tsunoda: "Magnetic anisotropy and rotational hysteresis loss in exchange coupled Ni-Fe/Mn-Ir films"Journal of Applied Physics. (印刷中). (2000)
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[Publications] M.Tsunoda: "Field independent rotational hysteresis loss on exchange coupled polycrystalline Ni-Fe/Mn-Ir bilayers"Journal of Applied Physics. (印刷中). (2000)
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[Publications] M.Tsunoda: "Single spin ensemble model for the change of unidirectional anisotropy constant by annealing on polycrystalline ferromagnetic/antiferromagnetic bilayers"Journal of Applied Physics. (印刷中). (2000)
