2016 Fiscal Year Annual Research Report
逆ぺロブスカイト型強磁性窒化物細線における磁壁物性の横断的研究
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16J02879
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
具志 俊希 筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 強磁性窒化物 / スピントロニクス材料 / 磁壁デバイス / 磁気力顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、Fe4N強磁性細線における磁壁の電気的検出とMn4Nの磁壁物性評価を行った。
Fe4Nのような面内磁化膜細線中では磁化が細線の長手方向から外れるため、磁壁で電流と磁化が直交し、異方性磁気抵抗(AMR)効果により抵抗値が変化する。クライオスタット中でFe4N細線を8 K程度まで冷却し、外部磁場で磁壁の有無を制御し、それに伴う電気抵抗の変化の検出を試みた。その結果、磁壁が存在することによるFe4N細線の抵抗値が0.5 Ω程度の増加を検出した。今後はこの抵抗変化を利用して、Fe4N細線における電流駆動磁壁移動の観察を試みる。
Mn4Nにおける電流駆動磁壁移動の観察に向けて、Mn4N薄膜における磁気伝導特性の評価と磁壁の観察を行った。MgO基板、SrTiO3(STO)基板上に成長したMn4N薄膜試料に対して異常ホール効果測定を行ったところ、MgO上に成長した試料では磁化曲線がなだらかとなり、磁壁がトラップされやすく、低磁場で磁区の核発生が起こっていることが示唆された。一方、STO上に成長した試料の磁化曲線は磁化反転が急峻かつ、保磁力も減少していることから、磁壁移動を妨げるトラップが減少したことが予想される。また、MFMによる磁区観察から、初期磁化状態における磁区の幅はMgO上の試料では200 nm程度と小さい一方、STO上の試料では1 μm以上と、Mn4Nが持つ小さな飽和磁化と大きな磁気異方性を反映した磁区構造が観察された。この結果から、格子不整合の小さいSTO基板を用いることで、より円滑な磁壁移動が可能となることが示唆された。今後は、それぞれのMn4N薄膜を細線に加工し、細線中における磁壁の特性を詳細に評価する。
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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
NIMS微細加工プラットフォームの機器群を自ら操作してFe4N薄膜を幅0.3μmに細線加工し、さらに、細線上に抵抗測定のための微細な電極パターンを形成し、電極間の磁壁の有無による抵抗変化を8Kで測定した。その結果、Fe4Nの負のAMR効果を反映した抵抗変化を得ることに成功した。この成果は、筆頭著者として国際学術誌に論文として掲載された。上記の成果により、電流誘起磁壁移動を測定するための前段階が終了した。そのため、目標としている負のスピン分極を反映した磁壁移動へと取り掛かれる。
Mn4Nも、磁化曲線と磁区像から磁壁デバイスに適した物性を持つことが明らかとなっており、今後はFe4N同様に細線に加工した後、電流による磁壁移動を観察する。
以上より、研究は順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究成果により、Fe4N、Mn4N細線における磁壁移動を観察する上で必要な情報が揃ったので、次年度は実際に強磁性窒化物細線において磁場、電流を用いて実際に磁壁を動かし、その物性を評価する。特にMn4Nについては、MgO上に成長したものとSTO上に成長したもので、その磁壁物性が大きく異なることが示唆されているため、それらを比較することで、今後のMn4N研究の方針を決定する。
また、MnxFe4-xN混晶薄膜についても、x=1の組成で、弱いながらも垂直磁気異方性が発現することが本年度の研究から明らかになっているので、0<x<1となる中間組成でも同様に垂直磁気異方性が発現することが予想される。そこで、この中間組成における磁壁移動に最適な磁気異方性を持つxを模索する
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