2017 Fiscal Year Annual Research Report
電界によるスピンダイナミクス制御と電界アシストスピン流磁化反転の開発
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16H04328
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
加藤 剛志 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50303665)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩田 聡 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (60151742)
大島 大輝 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (60736528)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 電子・電気材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はCo/Pt系遷移金属／貴金属積層膜の上部にHfO2絶縁層とAl電極を作成した電圧アシストスピンホール磁化反転素子を作成し，電圧印加による磁気特性の変化および電圧印加時のスピンホール磁化反転を調べた．Co/Pt積層膜はCo層厚およびPt下地層厚を変化させ，膜構成の違いによる磁気特性の違いを調べた．その結果，Co層厚を薄く，Pt層厚を厚くすることで，垂直磁気異方性が増加する傾向が得られた．本研究で検討する電界アシストスピンホール磁化反転は垂直磁気異方性があまり大きくない膜の方が見やすい可能性がある．そこで，適度な垂直磁気異方性を示す膜として，Co(0.4 - 0.8 nm) / Pt (1.4 - 3.0 nm)を用いて実験を行った．Co超薄膜へAl電極を用いて，正，負の電界を印加することで，それぞれCo超薄膜の保磁力の上昇および減少を観測した．次に，Co/Pt積層膜にパルス幅10 usecの電流パルスを印加することでスピンホール磁化反転を観測した．面内電流密度3 x 10^7 A/cm2程度でスピンホール磁化反転が確認でき，その臨界電流は正，負の電界印加により，保磁力変化と同様，それぞれ若干増加，減少した．電界印加による保磁力変化はCo層厚0.4 nmで最も大きく，0.3 %/Vm程度の値となった．スピンホール磁化反転の臨界電流密度の変化率は保磁力の変化率と相関があり，保磁力変化が大きいものほど大きいという結果となった．一方，スピンホール磁化反転の臨界電流密度の変化率は，同一構成において，0.1 %/Vm以下と保磁力変化に比べて小さいことがわかった．この原因として，スピンホール磁化反転のパルス幅が10 usecと短いことが考えられ，今後パルス幅依存性も含め，検討していく必要があることが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度，電界印加用の絶縁層成膜用のスパッタチャンバの改造に伴う研究進捗の遅れが生じたが，本年度は電界アシストスピンホール効果の作成，電界印加による磁気特性の制御，電界アシストスピンホール磁化反転の観測と，前年度の遅れを取り戻し，おおむね順調に研究が進捗したと考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
本課題申請時に予想したように，本年度の検討から，スピンホール磁化反転の電界アシスト効果を観測した．スピンホール磁化反転の電界アシスト効果は電界による保磁力変化などの磁気特性の変化と相関があることが分かったが，磁気特性の変化率に対して，スピンホール効果の電界による変化率が小さいという結果が得られた．今後はこの理由を詳細に検討するとともに，電界印加によるDamping like torque，Field like torqueの検討，TRMOKE法を用いた電界印加下でのCo/Pt積層膜のスピンダイナミクス計測など，電界アシスト効果のメカニズムの解明と応用上重要となる素子設計指針を検討する．
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