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2016 Fiscal Year Annual Research Report

電場駆動反強磁性ドメインダイナミクス

Research Project

Project/Area Number 16H03832
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

白土 優  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70379121)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 野村 光  大阪大学, 工学研究科, 助教 (20506258)
中谷 亮一  大阪大学, 工学研究科, 教授 (60314374)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywordsスピントロニクス / ナノ磁性 / 交換磁気異方性 / 電気磁気効果 / Cr2O3
Outline of Annual Research Achievements

電気磁気効果を示す反強磁性Cr2O3を用いた電界誘起界面反強磁性ドメイン反転に関して、平成28年度は、パルス電圧によるダイナミクス計測の第一段階となる以下の項目について検討した。
(1) 高交換バイアスと低保磁力の共存可能な積層構造の決定
(2) DC電界によるドメイン反転条件の磁場依存性
(3) 走査型XMCD顕微鏡と磁気光学Kerr顕微鏡によるドメイン観察手法の構築
(1)に関しては、従来のCr2O3/Co/Pt積層膜をベースとして、Cr2O3/Co界面に数原子層のAuを挿入することで達成可能であることを見出した。(論文掲載済み。知財出願あり)本効果は、これまで検討されてきたPt界面層では実現できず、軟X線磁気円二色性測定を用いた界面Crスピンの検出手法を基に、その微視的なメカニズムを明らかにした。(2)に関しては、(1)で明らかにした素子構造に対して、電界誘起反強磁性スピン反転の印加磁場強度依存性を検討し、交換磁気異方性と反強磁性体の磁気異方性のみを考慮した従来のモデルでは説明不可能な、新しい項の存在を明らかにした。本成果については、現在論文投稿準備中である。(3)については、平成28年度にSPring-8において走査型XMCD顕微鏡による微細加工試料に対する磁区構造観察、低温・強磁場(<1.5 T)下での極磁区構造観察が可能な磁気光学 Kerr顕微鏡の整備を完了させ、上記の積層膜に対する磁場下での磁化反転過程の可視化、一定磁場下での反転磁区生成の可視化が可能である技術を構築した。平成29年度は、これらの知見を基にして、パルス電圧下でのドメイン構造の変化を直接的に可視化するステージに移行する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成28年度は、本研究課題の目標である反強磁性ドメインの駆動速度の決定に向けて、走査型XMCD顕微鏡ならびに低温・極磁区Kerr効果顕微鏡を用いたドメイン観察手法の開発、電界駆動可能な素子設計ならびにその電気磁気効果特性の実現、を達成しており、目標達成にむけて着実なステップを踏んでいる。特に、ドメイン駆動速度は外部からの投入エネルギーに依存することが予測されるため、電気磁気効果によるスタティックな外場下での反強磁性ドメインの反転挙動を定量的に明らかにしたこと(論文投稿準備中)、高い交換バイアスとてい保磁力が共存できる素子構造の開発(論文掲載済み)は、順調な進呈の代表的な成果の一つである。

Strategy for Future Research Activity

平成28年度に開発・整備した走査型XMCD顕微鏡、低温・極磁区Kerr効果顕微鏡と開発した素子を用いて、反強磁性ドメインの駆動速度を実計測するステージに移行する。また、界面交換結合エネルギー、素子膜厚などを変化させた種々の素子に対して、同様に検討を進めることで、ドメイン駆動速度のエネルギー論的解釈を進める。
平成29年度は、前年度までに引き続き、大阪大学での研究を主柱として、SPring-8との連携関係も重視しつつ、効率的に研究を推進する。(研究体制に変更はない)

  • Research Products

    (14 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 5 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] 2.Simltaneous achievements of high perpendicular exchange bias and low coercivity by controlling ferromagnetic/antiferromagnetic interfacial magnetic anisotropy2017

    • Author(s)
      Yu Shiratsuchi, Wataru Kuroda, Thi Van Anh Nguyen, Yoshinori Kotani, Kentaro Toyoki, Tetsuya Nakamura, Motohiro Suzuki, Kohji Nakamura, and Ryoichi Nakatani
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 121 Pages: 073902

    • DOI

      10.1063/1.4976568

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 3.Perpendicular exchange bias and magneto-electric control using Cr2O3(0001) thin film2016

    • Author(s)
      Yu Shiratsuchi and Ryoichi Nakatani
    • Journal Title

      Materials Transactions

      Volume: 57 Pages: 781-788

    • DOI

      10.2320/matertrans.ME201506

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Pt/Co/Au/Cr2O3/Pt垂直交換バイアス膜の磁化緩和過程2017

    • Author(s)
      白土 優,Thi Van Anh Nyugen,小谷佳範,三俣千春,中谷亮一,中村哲也
    • Organizer
      日本金属学会2017年春期(第160回)大会
    • Place of Presentation
      首都大学東京 南大沢キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-15 – 2017-03-17
  • [Presentation] Influence of Pt and Au spacer layer on perpendicular exchange bias and coercivity in Pt/Co/spacer/Cr2O3/Pt stacked films2017

    • Author(s)
      Thi Van Anh Nyugen, Yu Shiratsuchi, Wataru Kuroda, Yoshinori Kotani, Kentaro Toyoki, Tetsuya Nakamura, Motohiro Suzuki, Kohji Nakamura and Ryoichi Nakatani
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] 垂直交換磁気異方性の方位反転と放射光を用いた原理解明2016

    • Author(s)
      白土 優
    • Organizer
      東北大学金属材料研究所共同利用ワークショップ 3 GeV高輝度放射光SLiT-Jと産学協創
    • Place of Presentation
      東北大学(仙台市)
    • Year and Date
      2016-12-13 – 2016-12-14
    • Invited
  • [Presentation] Magnetic fied dependence of threshold electric field for switching exchange bias polarity2016

    • Author(s)
      Thi Van Anh Nguyen, Yu Shiratsuchi, Ryoichi Nakatani
    • Organizer
      第40回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      金沢大学(金沢市)
    • Year and Date
      2016-09-05 – 2016-09-08
  • [Presentation] スピントロニクスデバイスを基盤としたナノ計測技術の開発と物質・材料研究への展開2016

    • Author(s)
      白土 優,加藤剛志,鈴木義茂,三輪真嗣,野崎隆行,荒河一渡
    • Organizer
      SPring-8シンポジウム2016
    • Place of Presentation
      関西学院大学(三田市)
    • Year and Date
      2016-08-29 – 2016-08-30
  • [Presentation] Dynamical magnetoelectric switching of perpendicular exchange bias2016

    • Author(s)
      Yu Shiratsuchi
    • Organizer
      The 27th Magnetic Recording Conference
    • Place of Presentation
      スタンフォード大学(米国カリフォルニア州)
    • Year and Date
      2016-08-18 – 2016-08-19
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Interfacial spin reversal based on magnetoelectric effect in Pt/Co/Cr2O3/Pt films2016

    • Author(s)
      Ryoichi Nakatani and Yu Shiratsuchi
    • Organizer
      9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM9)
    • Place of Presentation
      京都国際会議場(京都市)
    • Year and Date
      2016-08-01 – 2016-08-05
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Observation of ferromagnetic and antiferromagnetic domains in perpendicular exchange-biased system using Cr2O3 thin film2016

    • Author(s)
      Yu Shiratsuchi, Yoshinori Kotani, Saori Yoshida, Yasunori Yoshikawa, Kentaro Toyoki, Atsushi Kobane, Ryoichi Nanakatani and Tetsuya Nakamura
    • Organizer
      9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM9)
    • Place of Presentation
      京都国際会議場(京都市)
    • Year and Date
      2016-08-01 – 2016-08-05
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電気磁気効果によるCo/Cr2O3界面の垂直交換磁気異方性反転とそのダイナミクス2016

    • Author(s)
      白土 優
    • Organizer
      日本磁気学会第208回研究会
    • Place of Presentation
      中央大学(東京都千代田区)
    • Year and Date
      2016-06-09 – 2016-06-09
    • Invited
  • [Presentation] Magneto-electric switching of interfacial spins toward magnetic recording/memory2016

    • Author(s)
      Yu Shiratsuchi
    • Organizer
      International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials (Thermec’ 2016)
    • Place of Presentation
      グラーツ(オーストリア)
    • Year and Date
      2016-05-29 – 2016-06-03
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 大阪大学大学院工学研究科マテリアル生産科学専攻中谷研ウェブサイト

    • URL

      http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/mse2/MSE2-HomeJ.htm

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 薄膜構造体、磁気記憶素子、磁気記憶装置及び薄膜構造体の製造方法2016

    • Inventor(s)
      白土 優,Nguyen Thi Van Anh,中谷亮一
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人 大阪大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2016-146726
    • Filing Date
      2016-07-26

URL: 

Published: 2018-01-16  

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