2018 Fiscal Year Annual Research Report
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18J20780
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
白 怜士 慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / スピン軌道トルク / イオン液体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的はスピントロニクス分野において応用上重要なだけでなく物理的にも興味深い電流からスピン軌道トルクが生成されるメカニズムの理解であり，特に最近になって多く報告がなされている常磁性体金属の酸化および酸素注入によるスピン軌道トルク生成効率の顕著な増大に秘められた原理を解明することである．スピン軌道トルクは，それを用いることでコイルなどを使用せずに微小領域の磁化を制御できることから新しいMRAMの動作原理として注目されている．そこで重要なのが電流からの効率的なスピン軌道トルクの生成である．その実現によってさらなる省エネルギー化や素子の微小化が期待されている．近年そのスピン軌道トルクの生成効率が常磁性体の酸化によって増大する可能性が徐々に明らかになっているが，未だにその詳細な増大メカニズムは理解されていない．そこで本研究ではPdの酸化に注目し，その酸化度を系統的に変化させスピン軌道トルク生成効率がどのような振る舞いをするかを詳しく調査した．まずはPdの酸化度をリアクティブスパッタリング法で成膜しそれらの抵抗率と酸化度を対応させ，さらにそれらのXPS測定を行うことでPdとOの結合状態を詳しく調べた．これによりPdOx(パラジウム酸化物)を制御よく成膜することが可能になった．このPdOxによって生成されるスピン軌道トルクを定量するためにスピントルク強磁性共鳴(ST-FMR)測定を行い，PdOxの酸化度を増大させると電流-スピン軌道トルクの生成効率が系統的に変化していくのが観測できた．この結果をCuやPtの酸化によるスピン軌道トルクの変調に関する先行研究と比較することで強磁性体と酸化させた常磁性体界面の重要性が明らかになってきた．この結果は平成30年度スピン変換年次報告会及びAPS March Meeting 2019でポスター発表として成果報告を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の目標達成のためには，スピン軌道トルクの定量，Pdの酸化度の制御，そしてイオン液体によるエッチングの三つの実現が必要である．スピン軌道トルクの定量方法には様々な手法が考案されているが，本研究ではスピントルク強磁性共鳴を用いた方法を用いた．これはマイクロ波電流を試料に印加した際に誘起されるスピン軌道トルクが強磁性体の磁化の歳差運動を励起し，その磁化による磁気抵抗としてトルクを検出する方法である．電極のパターンをインピーダンスマッチングを考慮して設計し，強磁性体としてニッケル鉄合金を選択した．ニッケル鉄合金は異方性磁気抵抗効果が大きいことで知られ，小さなスピン軌道トルクでも検出することが可能になると考えたからである．Pdの酸化物は真空中にArガスとO2ガスを流しながら行うリアクティブスパッタリング法を用いて成膜した．成膜されたパラジウム酸化物(PdOx)を原子間力顕微鏡及びX線光電子分光を用いて膜質や存在する化合物を検出した．これによりリアクティブスパッタリングによってPdOが成膜できることが確認できた．さらにそれらの電子輸送特性も測定し，ArとO2ガスの流量比をコントロールし，精度よくPdOの割合を制御することに成功した．作成したPdOx薄膜とニッケル鉄合金を用いて二層薄膜を作成し，スピントルク強磁性共鳴を用いてスピン軌道トルクの生成効率を定量し，酸化度に対する相関を調べた．当初の目標であるスピントルク強磁性共鳴の測定系の確立及びPdOx薄膜の成膜を成功させ，さらに酸化量制御されたPdOxのスピントルク生成効率を系統的に測定することができたため，当初の計画以上に進展したと考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に強磁性共鳴を用いたスピン軌道トルクの測定方法及びリアクティブスパッタリング法によるPdOx薄膜の成膜方法を確立した．そこで，今後の研究目標としてST-FMR測定にイオン液体によるエッチングを組み合わせた測定方法の確立を目指す．ST-MFR測定と同時にイオン液体によって誘起できる電気二重層を利用した電気化学エッチングで強磁性体金属を薄膜化することで，単一の試料を用いてスピントルク生成効率の強磁性体膜厚依存性を測定することが可能になる．そのためにイオン液体の電位窓の大きさやゲート電圧を印加したい時の漏れ電流などの物理特性を検証する．さらにイオン液体に空気中の水分が融解することにより誘電率が変化することが報告されているため，測定温度を変化させ安定的にエッチング可能な温度を探索する予定である．
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Research Products
(3 results)
