2016 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of antiferromagnetic structures for low energy and high speed magnetization switching technique
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16H04487
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
関 剛斎 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (40579611)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
窪田 崇秀 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (00580341)
今村 裕志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, スピントロニクス研究センター, チーム長 (30323091)
森山 貴広 京都大学, 化学研究所, 准教授 (50643326)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 磁性材料 / 磁化ダイナミクス / スピントロニクス / 積層制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、反強磁性層と強磁性層の接合における磁化ダイナミクスや、異なる強磁性層間の界面における反強磁性的な交換結合の利用により、磁化反転を高速化および低エネルギー化することを目指し研究を遂行している。具体的には「反強磁性共鳴に基づく超高速磁化ダイナミクスの観測」および「スピン軌道トルクによる反強磁性結合した界面磁化の制御」を研究目的とし、平成28年度は、1 異種磁性層を複合化させた薄膜における磁化反転、2 異種磁性層の複合化による人工反強磁性スピン構造、および3 超高速磁化ダイナミクスの時間領域評価に関して、以下の研究内容を遂行した。
1 異種磁性層を複合化させた薄膜における磁化反転： FePt合金のハード磁性層とパーマロイ合金のソフト層を複合化させ、パルス状の高周波磁場を印加した際の磁化反転挙動を調べた。高周波磁場の周波数と外部静磁場を系統的に変化させたところ、空間変調磁気構造の磁化ダイナミクスが励起される条件下でのみ、磁化反転が生じることがわかった。実験と数値計算を比較した結果、共鳴的な磁化反転が進行していることが明らかとなった。
2 異種磁性層の複合化による人工反強磁性スピン構造：CoGdアモルファス合金では、CoとGdの磁気モーメントが反平行に結合するため、合金組成を調整することで、マクロな磁気特性に対し支配的となる元素を制御できることが知られている。そこで、組成の異なるCoGdアモルファス合金層を積層化させたところ、人工的に反強磁性スピン構造を形成させることに成功した。さらに、スピントルク強磁性共鳴法により人工反強磁性構造の共鳴モードが観測されることを明らかにした。
3 超高速磁化ダイナミクスの時間領域評価：時間領域測定用のセットアップの構築を進めた。並行して磁気光学カー効果によりナノサイズ素子の静的な磁化反転を検出できることを確認した。
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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
平成28年度の研究では、異種磁性層を複合化させた薄膜において共鳴的な磁化反転が励起されること、組成の異なるCoGdアモルファス合金層を積層化させることで人工的に反強磁性スピン構造を制御できスピントルク強磁性共鳴法により評価できることを明らかにした。加えて、反強磁性体の超高速磁化ダイナミクスを時間領域で観測するための測定セットアップの構築を進めた。当初計画における積層膜の作製やスピン軌道トルクによる評価に成功していることから、今年度の研究実施内容は計画を概ね達成するものであり、研究は順調に進展しているものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度の研究遂行により得られた成果をもとに、平成29年度はまずCoGdアモルファス合金層から成る人工反強磁性構造においてスピン軌道トルクによる磁化スイッチングの検証を行う。これと並行して、磁気光学カー効果を用いることで、スピン軌道トルクによる磁区構造の変化を直接観察することも試みる。また、スピンホール磁気抵抗効果や異方性磁気抵抗効果のCoGd層の組成依存性を系統的に調べることで、CoGd層 / Pt層間に働くスピン軌道トルクのメカニズムの解明も目指す。同時に、スピン軌道トルクによって反強磁性構造の自励発振に至るための条件について検討する。さらに、平成28年度に構築を進めたセットアップを用いて、異種磁性層を複合化させた試料に対する時間領域測定に着手する。
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