Electronic states for magnetization switching behavior of magnetic tunneling junction with perpendicular magnetic anisotropy

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 15K05978
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: Sakurai Hiroshi 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80251122)
• Research Collaborator: SUZUKI Kosuke 群馬大学, 大学院理工学府 ; SAKURAI Yoshiharu 高輝度光科学研究センター ; ITOU Masayoshi 高輝度光科学研究センター
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: スピントロニクス / スピン磁気モーメント / 軌道磁気モーメント / 磁気コンプトン散乱 / CoFeB / MgO / Ta

Outline of Final Research Achievements

Recently, a CoFeB/MgO magnetic tunneling junction with Ta underlayer possessing perpendicular magnetic anisotropy are attracted. Therefore, electronic states in magnetization switching behavior at CoFeB/MgO and CoFeB/Ta interfaces were studied. A spin magnetic moment and orbital magnetic moment showed different magnetization switching behavior. The magnetization switching behavior of the orbital magnetic moment showed as if it had a perpendicular magnetic anisotropy. The magnetization switching behavior of the orbital magnetic moment was dominated by the states with magnetic quantum number |m|=2 for the CoFeB/MgO interface and |m|=1 for the CoFeB/Ta interface.

Free Research Field

電気電子材料学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

磁気ランダムアクセスメモリー（MRAM)は不揮発性・高速性・耐久性・低消費電力などから、スピントロニクスデバイスとして研究が進められている。一方、微細化に伴いセルサイズが小さくなると反磁化効果による書き込み電流の増大、熱擾乱など問題が指摘されている。一方、その反転プロセスにおける電子状態の研究は多くない。
本研究によって、スピン磁気モーメントと軌道磁気モーメント磁化反転挙動、磁化反転挙動に寄与する特定の対称性を有する電子状態が明らかにされた。これらは学術的に新しい進展である。さらに、本研究の進展によりスピントロニクスデバイスの駆動電流低減が図れると期待される。