2020 Fiscal Year Annual Research Report
Microscopic understanding of interface spin-orbit coupling and development of perpendicular magnetic anisotropy devices
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16H06332
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
三谷 誠司 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 副拠点長 (20250813)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡林 潤 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (70361508)
三浦 良雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (10361198)
介川 裕章 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 主幹研究員 (30462518)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 磁性 / 表面・界面 / 超薄膜 / スピン軌道相互作用 / 垂直磁気異方性 / 軌道分光 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
先端的な界面原子層制御、磁気分光による微視的評価、第一原理計算を結集し、界面スピン軌道結合の微視的理解とデバイス開発に向けた機能性の創出を行った。以下に主要な成果を列挙する。
(1)界面垂直磁気異方性を示すヘテロ構造の創製を通じて得た界面形成手法をFe/MgOFe(001)強磁性トンネル接合デバイスに応用展開し、これまでにない高い結晶配向性と構造対称性を有するトンネル接合試料の作製に成功した。室温トンネル磁気抵抗比は400% を超える値となり、従来の２倍近い大きさである。
(2)Mn合金の垂直磁気異方性の微視的解明を進め、Mn系合金では軌道磁気モーメントの異方性ではなく、四極子の寄与が支配的であることをXMCD、XMLD等から明らかにした。第一原理計算も微視的な軌道評価の結果とよく対応し、スピン反転項が大きく寄与していることが示された。Fe、Co、および、それらの合金の場合と対照的な結果である。
(3)大きなRashba分裂を有するAu(111)表面を利用した研究も進展した。Au(111)上にFeをエピタキシャル成長させ、XMCDに加え、角度分解光電子分光（ARPES）やメスバウアー効果の測定を行った。Feが垂直磁気異方性を示し、その電子状態に対応するARPES等のデータが得られた。ARPESの結果は第一原理計算によって概ね説明することができた。
上記(2)の成果は、本科研費の研究において蓄積してきた界面垂直磁気異方性の成果と合わせて、垂直磁気異方性の微視的理解の進展に大いに役立つものである。従来の教科書にあるスピンと軌道の磁気モーメントが平行になるという描像だけでは片手落ちであり、スピン分布の擬形状磁気異方性と見ることができる量子力学的な機構（四極子が支配的になる機構）も示すべきであることが分かった。また、この他にも、トポロジカル物質のスピンホール効果等、種々の結果を得た。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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