微小強磁性トンネル接合のスピンダイナミクス

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15206001
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 安藤 康夫 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60250726)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮崎 照宣 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60101151) ; 水上 成美 日本大学, 工学部, 助手 (00339269) ; 久保田 均 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30261605)
• Keywords: 微小トンネル接合 / スピンダイナミクス / 電子ビームリソグラフィー / 収束イオンブーム / コプレーナ線路 / ポンププローブ法 / ダンピング定数 / 磁化反転

Research Abstract

ナノサイズ強磁性トンネル接合素子の作製
・収束イオンビームを用いて,タングステンマスクパターンを作製し,これを用いることにより,最小400×400nm^2のトンネル微小接合を作製し,約30%のMR比を得た.
・電子ビームリソグラフィーを用いることで,0.25〜100μm^2の接合を作製した.
・原子間力顕微鏡(コンタクトモード)で微小トンネル接合の磁気抵抗曲線(MR曲線)を測定する装置を製作した.これを用いて2×0.7μm^2の接合のMR曲線を測定し,29%のMR比を得た.
コプレーナ線路からの高速パルス磁界応答信号の測定
・トンネル接合における強磁性電極の磁化反転に伴うトンネル電流の応答信号測定用プローブシステムを製作し,パルスの立ち上がり時間が50ps,応答信号の帯域が20GHzの特性を得た.
・トンネル接合のパーマロイ層の磁化反転信号を測定し,500ps以下の反転時間および反転後の才差運動を観測した.これらの信号はLLG方程式による計算結果とほぼ一致した.
ポンププローブ法による磁化の才差運動の測定
・500psよりも更に速い時間スケールの磁化の変動を測定するため,ポンププローブ測定が可能な光学系を構築した.粗動Delay lineは精度100fs,最長10nsの,微動Delay lineは精度40fs,最長1.3nsのポンプ光の遅延が可能である.
・180×90μm^2のパーマロイ薄膜の磁化の才差運動によるシグナルを測定し,1ns以下の振動周期を観測した.得られたシグナルを解析し,ダンピング定数α=0.008を得た.この値は強磁性共鳴から得られた値と一致した.
・Pt/パーマロイ/Pt接合の磁化の才差運動を測定し,Ptでパーマロイを挟むことにより振動の減衰が増大する(αが増大する)ことを直接的に観測した.

Research Products

• [Publications] Terunobu Miyazaki: "Recent Development of MRAM Technology"Journal of Magnetics. 8. 36-44 (2003)
• [Publications] Ji Hyung Yu: "Electron transport properties in magnetic tunnel junctions with epitaxial NiFe (111) ferromagnetic bottom electrodes"Applied Physics Letters. 82. 4735-4737 (2003)
• [Publications] Hitoshi Kubota: "Size dependence of switching field of magnetic tunnel junctions down to 50nm scale"Journal of Applied Physic. 94. 2028-2032 (2003)
• [Publications] 水上 成美: "強磁性体/非磁性体接合におけるスピンポンピング"日本応用磁気学会誌. 27. 934-939 (2003)
• [Publications] 宮崎 照宣: "スピントロニクスの発展とMRAMの研究開発動向"電子技術. 2003-5. 34-39 (2003)
• [Publications] 宮崎 照宣: "スピンダイナミクス"マテリアルインテグレーション. 16・9. 1-6 (2003)
• [Publications] Tomohiko Niizeki: "Nanofabrication of magnetic tunnel junctions by using side-edge thin film deposition"Science and Technology of Advanced Materials. 4. 347-351 (2003)
• [Publications] Ji Hyun Lee: "Characterization of thermally annealed tunnel junctions with preoxidized CoFe pinned electrode"Journal of Applied Physics. 94. 7778-7783 (2003)
• [Publications] Xiu Feng Han: "Switching properties and dynamic domain structures in double barrier magnetic tunnel junctions"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2004)
• [Publications] Yasuo Ando: "Time-resolved magnetization precession and reversal dynamics investigated using tunneling current and Kerr effect"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2004)
• [Publications] Yasuo Ando: "Ferromagnetic tunnel junctions with high thermal stability"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2004)
• [Publications] Hitoshi Kubota: "CO+NH_3 plasma etching for magnetic thin films"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2004)
• [Publications] Tomohiko Niizeki: "Nanofabrication of magnetic tunnel junctions using electron beam lithography"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2004)
• [Publications] Mikihiko Oogane: "Tunnel spectra for Al/Al-oxide/Ni_<80>Fe_<20> junctions under the superconductiong transition temperature of Al films"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (In press). (2004)
• [Publications] Mikihiko Oogane: "Tunnel Conductance in Ni_<80>Fe_<20>/Al-oxide/Al Junctions below the superconducting transition temperature of the Al films"Transactions of Material Research Society. (In press). (2004)
• [Publications] 安藤 康夫: "超高密度磁気メモリ"電子材料. 43・1. 136-141 (2004)
• [Publications] 渡邉 大輔: "集束イオンビームを用いた微小強磁性トンネル接合の作製"日本応用磁気学会誌. (In press). (2004)
• [Publications] 中田 淳: "CO_2MnAlホイスラー合金を用いた強磁性トンネル接合"日本応用磁気学会誌. (In press). (2004)