Magnetoelectric effect based magnetization reversal towards high-density magnetic storage

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16H02389
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Physical properties of metals/Metal-base materials
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Nakatani Ryoichi 大阪大学, 工学研究科, 教授 (60314374)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 白土 優 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70379121) ; 豊木 研太郎 大阪大学, 工学研究科, 助教 (90780007) ; 野村 光 大阪大学, 基礎工学研究科, 講師 (20506258)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 電気磁気効果 / スピン / Cr2O3 / 磁気記録

Outline of Final Research Achievements

In this project, we focused on the magnetoelectric induced antiferromagnetic spin/domain reversal and the elucidation of the microscopic mechanism toward the high-density magnetic storage as a final goal. Starting from the relalization of the magnetoelectric effect in Cr2O3 thin film, we developed this to the following main results; (1) Realization of isothermal and reversible switching of ferromagnetic magnetization, which is a marker of the magnetoelectric antiferromagnetic domain/spin, and elucidation of the switching energy condition, (2) Switching process of the antiferromagnetic domain driven by the magnetoelectric effect, (3) Mechanism of high perpendicular exchange bias in ferromagnetic layer/Cr2O3 layer stacking, (4) Reduction of Cr2O3 layer thickness exhibitign the magnetoelectirc effect

Free Research Field

磁性薄膜、磁気記録

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

自発磁化やスピン偏極を示す強磁性体とは異なり，反強磁性体は従来，スピンの制御不能な物質とされてきた．本研究課題では，電気磁気効果を呼ばれる結晶構造とスピン構造による電界と磁気分極の交差相関を利用することで，反強磁性スピンや反強磁性磁区（ドメイン）が制御可能な機能であることを実証した．また，反強磁性ドメインのマーカーとなる強磁性ドメインを反強磁性ドメインに追随して反転させることができること，その反転機構やダイナミクスなどを実験的に明らかにすることで，この技術を学術分野にとどまらず，磁気メモリや超高密度磁気記録に向けた基盤技術への展開が可能になったものと考えられる．