2019 Fiscal Year Annual Research Report
Magnetic anisotropy control by coherency strains in element-added magnetite thin films
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17K06806
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| Research Institution | Research Institute for Electromagnetic Materials |
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Principal Investigator |
渡邉 雅人 公益財団法人電磁材料研究所, その他部局等, 研究員(移行) (40249975)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿部 世嗣 公益財団法人電磁材料研究所, その他部局等, 研究員(移行) (20202666)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | マグネタイト / 垂直磁気異方性 / エピタキシャル薄膜 / 整合歪み / ハーフメタル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マグネタイトは高ネール温度(850K)を持つハーフメタルであるため、スピン偏極電子源として各種スピンデバイスへの応用が期待されている。ハーフメタルは立方晶が一般的で通常大きな磁気異方性を示さないが、整合歪みによりマグネタイトの結晶対称性を変化させることで強い一軸異方性を発現させられれば、STT-MRAMなど垂直異方性が必要とされるスピンデバイスへの応用上有利な特性となる。
最初にMgO(100)とSrTiO3(100)単結晶基板上での検討を行った結果、垂直磁化ではないが、エピタキシャル膜および多結晶膜の両方の場合において磁気モーメントが<111>に近い方向を向き垂直異方性成分を有することがメスバウアー分光(CEMS)から確認された。そこで(111)配向マグネタイト膜を得るため、良好な界面構造が得られ整合ひずみが7%と大きなSrTiO3(111)基板上において検討を行った結果、垂直磁化膜であることを確認した。結晶性と磁気特性が最も良好となる膜厚87nm試料について磁気トルク測定による異方性評価を行った結果、反磁界エネルギーと同程度でバルクの異方性1.3E+05 erg/ccよりも一桁以上大きな1.5E+06 erg/ccの垂直磁気異方性エネルギーを持つことがわかった。XRDから面直の[111]方向に1%以上格子面間隔が広がっており同時に磁歪定数λ111が正であることから、逆磁歪効果が寄与していると考えられる。電子状態を考える上でも重要となるVerwey転移は、整合歪みが0.3%と小さなMgO(100)基板の場合には122Kなのに対し、SrTiO3(111)基板の場合には約140Kとなり整合歪みの影響が示唆される。垂直磁化の得られたFe3O4(111)面では、スピン分極率の面からも実験的に最も大きな値(80±5%)が報告されており応用面からも有利な特性を示している。
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