2016 Fiscal Year Annual Research Report
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16J06825
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
水野 隼翔 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 軌道磁気モーメント / 垂直磁気異方性 / 電界効果 / 強磁性共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノスケールの薄膜同士を組み合わせることで接合界面における電子状態を変化させ、特異な物性を見出す研究が盛んに行われている。例えば、「強磁性金属/絶縁体/ゲート電極」構造を用いて電界を印加し、強磁性金属界面の電子密度を変調することで、磁性を制御可能であることが近年報告されている。この電界を利用した磁性の制御は、基礎物理的な興味に加え、磁気メモリの低消費電力化といった応用面からも大きな注目を集めている。
磁気メモリにおいて、垂直磁気異方性(PMA)は熱安定性や情報書き込みの観点から重要なパラメータの一つである。理論的には、界面での局在電子の軌道磁気モーメントの異方性(垂直方向と面内方向の差分)と、スピン軌道相互作用が、磁性多層膜におけるPMAの起源であると予想されている。申請者はこれまでの研究において、強磁性共鳴(FMR)法を用いることにより、強磁性金属超薄膜の軌道磁気モーメントの評価が可能であることを示した。そこで本研究課題では、(1) 新規開拓した手法の確立と、(2) 軌道磁気モーメントの異方性が電界の印加によって受ける影響の解明に取り組んでいる。本年度は、初めにPt/Co/MgO薄膜試料に電界を印加した状態でFMR測定を行い、電界の符号によって共鳴スペクトルが変化することを確認した。次に、共鳴周波数と共鳴磁場の関係から、軌道磁気モーメントを反映するg因子と、PMAを示す異方性磁場を見積もった。ここから、界面における軌道磁気モーメントの異方性とPMAが、共にCoの電子密度が増大(減少)する方向の電界を印加した際に増加(減少)していることを明らかにした。本結果は、電界による磁気異方性変調の起源が軌道磁気モーメントの変化にあることを示唆しており、磁性への電界効果の学術的理解を深めるものである。
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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
本研究課題の目的は、(1) 新規開拓した手法の確立と、(2) 軌道磁気モーメントの異方性が電界の印加によって受ける影響の解明の二つから成る。本年度は、電界を印加した状態で強磁性共鳴(FMR)測定を行い、界面における軌道磁気モーメントの異方性と垂直磁気異方性が共に電界変調されることを明らかにし、(2)の目的を概ね達成した。次年度は、SPring-8にて測定原理の異なるX線磁気円二色性法を用いて軌道磁気モーメントを求め、FMR法と比較することにより(1)の達成を図る。さらに、(2)の系統的な理解を得るため、SPring-8での実験と並行して、強磁性層や下地層の異なる試料に対して本年度と同様の測定を行う。これらにより、本研究課題の達成が見込まれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、強磁性層や下地層を変えた試料に対して、電界を印加した状態で強磁性共鳴(FMR)測定を行い、軌道磁気モーメントへの電界効果の系統な理解を目指す。また、SPring-8にてX線磁気円二色性法を用いて軌道磁気モーメントを求め、FMR法から得られた結果と比較することにより、本測定手法の確立を目指す。さらに、歳差運動の減衰を表す指標であるギルバートダンピング定数や、界面における磁気異方性の不均一さの度合いを示すΔHなど、FMRから得られる他の基本的な磁気特性が電界の印加により受ける影響についても新しく調査する予定である。
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