2020 Fiscal Year Annual Research Report
内部電界を活用した強磁性金属／重金属構造のスピン軌道トルク
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19J21938
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
長谷川 顕登 東京大学, 工学(系)研究科, 特別研究員(DC1)
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2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 一方向性磁気抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピン蓄積の強度を評価する手法として、今年度は一方向性磁気抵抗効果の測定を導入した。これは、蓄積したスピンと磁化との相対角に応じて素子抵抗が変化する現象であり、スピン軌道トルク素子と同様の重金属／強磁性体構造で観測されることが知られている。本研究の目標は極性（強誘電）基板／強磁性体界面に生じるスピン蓄積について調査することだが、その前段階として、今年度はスピン軌道トルク素子として一般的なPt(重金属)/Co(強磁性体)構造を用いて一方向性磁気抵抗効果の起源を調査した。
重金属／強磁性体構造における一方向性磁気抵抗効果の起源の一つとして、界面におけるスピン依存散乱が提案されている。この描像は巨大磁気抵抗効果の起源と類似している。そこで、巨大磁気抵抗効果が大きい構造としてCo/Cu系がよく知られていることに着目し、Pt/Co界面にCu層を挿入した系で一方向性磁気抵抗効果の評価を行なった。その結果、薄いCu層を挿入することで、抵抗変化率が1.5倍程度に増大することが明らかになった。一方、Cu層をAu層に入れ替えた場合は磁気抵抗の減少が確認され、最適な材料選択の重要性が明らかになった。また、一方向性磁気抵抗のCuスペーサー膜厚依存性を調べることにより、一様なCu/Co界面が形成され、界面でのスピン依存散乱が発現することが磁気抵抗増大の鍵になっていることが分かった。以上の結果から、一方向性磁気抵抗効果と巨大磁気抵抗効果の類似性を実験的に明示することに成功した。
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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
強誘電体／強磁性体界面のスピン蓄積を一方向性磁気抵抗効果で評価することを検討しており、その準備段階として、今年度は一般的なPt/Co構造で試験測定を行なった。さらに、Pt/Cu/Co構造でも測定を行うことで、一方向性磁気抵抗効果に対する理解を深めることができた。本成果は、これまでに豊富な知見が得られている巨大磁気抵抗効果と、近年発見されたばかりの一方向性磁気抵抗効果を結びつける重要な結果である。また、スピン蓄積の評価手法として、一方向性磁気抵抗効果の正確な測定手法を確立した点でも、次年度の研究につながる成果と言える。
したがって、おおむね順調に進展していると自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
LiNbO3を始めとした強誘電基板上に強磁性体(/重金属)薄膜を作成し、高調波ホール測定・一方向性磁気抵抗の測定を通してスピン軌道トルク・スピン蓄積の大きさを評価し、電流誘起磁化反転の実証を行う。これと並行して、3種の材料を順にABCABC..と積層した構造も作成し、スピン軌道トルクの評価を行い、構造反転対称性の破れに起因したラシュバトルクに関する調査を進める予定である。上記の試料構造を用いて、従来とは異なるメカニズムでスピン軌道トルク磁化反転の実現を目指す。
また、一方向性磁気抵抗効果に関する実験をさらに発展させ、強磁性体から生じるスピン流の検出を目指す。具体的には、強磁性層から生じるスピン異常ホール効果やスピンプレーナーホール効果を強磁性層/非磁性層/強磁性層構造、もしくは強磁性層/強磁性層構造における一方向性磁気抵抗として検出することを目指す。
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