2019 Fiscal Year Annual Research Report
Local magnetization control using spin Hall effect and its application to GMR magnetic sensors
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17H03249
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
岩田 聡 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (60151742)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 剛志 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50303665)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 巨大磁気抵抗効果 / NiO反強磁性層 / スピンバルブ膜 / スピンホール効果 / スピン流 / 歪みセンサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
巨大磁気抵抗効果(GMR)やトンネル磁気抵抗効果(TMR)は，用いる磁性層の材料特性によって，様々なセンサとしての応用が可能である。我々は，磁歪の逆効果を利用した歪みセンサの研究を行なってきたが，高感度かつ環境磁界による影響のない歪みセンサを実現するためには，磁化自由層の磁化方向を交流的に変調して，外部磁界の影響を取り除くことが有効であることを明らかにした。磁性層の磁化方向を振動させるには，外部から交流磁界を加えるのが簡便であるが，交流磁界を発生させるためには，GMR素子に近接して交流電流を流す必要があり，交流電流による電力消費がセンサ動作のための電力を決めてしまう。そこで，本研究では，電力消費を低減するために，スピンホール効果を利用した磁化方向の制御に取り組んだ。磁気センサは，スピンホール効果による磁化方向の変調層であるCoFe/Ta層，GMR素子を構成するTa/NiFe/MnIr/CoFe/Cu/CoFe層，そして，両者を磁気的に結合させるための反強磁性NiO層から構成される。反強磁性NiO層を介した磁性層間の交換結合に関しては，NiO層の層厚を変化させて，その結合の強さを調べた結果，センサとして必要な交換結合を得るためには，10nm程度の層厚が適切であることが分かった。センサ素子の試作においては，GMRセンサ部にセンス電流を流すための電極端子と，スピンホール効果を発現させるための電流を流す電極端子をNiO層で電気的に絶縁する必要があるため，光リソグラフィによる作製プロセスがやや複雑となったが，素子を作製して特性を評価した。その結果，スピンホール効果によるスピン流により磁化自由層の磁化反転が観測され，スピンホール効果による磁化自由層の磁化方向制御の可能性が示された。
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| Research Progress Status |
令和元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 |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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