Creation of new nitride skyrmion for energy-saving deveices

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K19054
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 浅野 秀文 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50262853)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 羽尻 哲也 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80727272)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2019-03-31
• Keywords: スキルミオン / 窒化物薄膜

Outline of Annual Research Achievements

スキルミオンは、100 nmのスケールで閉じた渦状の磁気構造であり、スキルミオンの有無の制御の容易さ・低電流駆動という特徴を持つため、次世代スピンメ モリー材料として注目されている。本研究では、材料設計自由度の高い窒化物系を対象として、1. 新規窒化物スキルミオンの創成、2. 優れた物理特性を生かした 新規スピンデバイスの実現を目的としている。
本期間中は、反応性マグネトロンスパッタ法によるFe1.5X0.5Mo3N( X =Ni, Pd, Pt )薄膜の作製と添加元素Xが電気磁気特性に及ぼす影響を明らかにすることを目的として実験を行った。格子ミスマッチの 観点より、サファイヤAl2O3のC面基板を用いて、基板温度と窒素分圧を作製パラメータとして、エピタキシャル成長条件を探索し、以下の結果を得 た。
1. 基板温度と窒素分圧を最適化することにより、 全ての添加元素X( X =Ni, Pd, Pt )において、(110)方向に単 一成長したエピタキシャル薄膜作製が可能になった。 2. 電気抵抗の温度依存性の測定から、X = Ni, Ptでは半導体的な挙動を示したが、X = Pdでは金属的な挙動を示した。この時、X = Pdでは330 K付近で磁気転移に相当する挙動が観測された。3. X = Pdの室温における磁気特性の測定により、面内および面直方向において強磁性的なヒステリシス曲線が観測された。
バルクの先行研究では、スキルミオン発現の最高温度が225 Kであることが報告されているが、本研究により、Fe1.5Pd0.5Mo3Nエピタキシャル薄膜において室温でスキルミオンが発現することが明らかとなった。