2019 Fiscal Year Research-status Report
Fabrication of spin trque devices by using quasi-antiferromagnetic materials
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19K04471
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
湯浅 裕美 (福澤裕美) 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (20756233)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 90度磁気結合 / 擬似反強磁性層 / スピントルク発振 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性酸化層に特有の90度磁気結合を用いて、特異な磁気構造をもつ“擬似反強磁性層”を創製した。初年度は、作製した疑似反強磁性層の磁気構造を明らかにし、マイクロマグネティックシミュレーションによってスピイントランスファートルクによる磁化発振の周波数を見積もった。まず、疑似反強磁性層の2次元磁気マップをSpin SEMによって観察し、磁化が概ね反平行に配列した筋状の磁区から構成されることを明らかにした。しかし、磁化は完全な反平行ではなく少し傾いた成分を持っていることが分かった。この原因を調べるために、積層体全体の3次元的な磁気構造を偏極中性子散乱によって解析した。その結果、疑似反強磁性層の反平行からずれた磁化の成分は、90度磁気結合の強度に依存して現れることが分かった。90度磁気結合エネルギーが強磁性結合エネルギーを無視できるほど大きい場合は、磁化が完全反平行となる。さらに、磁性積層膜の下地層選択により、90度磁気結合エネルギーの大きさを制御する方法を実証した。下地層は直接的には積層舞うの凹凸を変化し、その凹凸によって90度磁気結合エネルギーが変化する。
一方、シミュレーションによって電流を流した時のスピントルク発振を再現した。実験で確認された磁気構造の膜において、電流を流した時にスピントルク発振が得られる条件、つまり電流値を見出し、その時の発振周波数を見積もった。その結果、従来の強磁性体よりも発振周波数が高く、さらに、90度磁気結合エネルギーを強くするほど周波数が高くなることが示唆された。GHzからサブTHzまでを繋ぐ可能性が導かれた。
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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
予定通り、磁気構造の実験的な観察を行い、計算によるスピントルク発振周波数見積もりを行った。まず、疑似反強磁性層の2次元磁気マップをSpin SEMによって観察し、磁化が概ね反平行に配列した筋状の磁区から構成されることを明らかにした。しかし、磁化は完全な反平行ではなく少し傾いた成分を持っていることが分かった。この原因を調べるために、積層体全体の3次元的な磁気構造を偏極中性子散乱によって解析した。その結果、疑似反強磁性層の反平行からずれた磁化の成分は、90度磁気結合の強度に依存して現れることが分かった。90度磁気結合エネルギーが強磁性結合エネルギーを無視できるほど大きい場合は、磁化が完全反平行となる。一方、シミュレーションによって電流を流した時のスピントルク発振を再現した。実験で確認された磁気構造の膜において、電流を流した時にスピントルク発振が得られる条件、つまり電流値を見出し、その時の発振周波数を見積もった。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度得られた結果を基盤として活用し、さらにスピントルク観測のために微細素子の作製に着手する。
基盤活用については、90度磁気結合の大きさを膜構成により制御し、疑似反強磁性層の磁区サイズを変化する。磁区の様子は初年度に確立した観察結果を元に行う。また、マイクロマグネティックシミュレーションでは、積層膜素子に垂直通電して得られるスピントランスファートルクに加え、重金属を配置して面内に電流を流して得られるスピンオービットトルクによる発振条件も見積もる。今年度から着手する微細素子の作製については、スピントランスファートルクを観測する垂直通電素子と、スピンオービットトルクを観測する面内電極素子の2つを作製する。今年度は主に素子作成工程での問題抽出と解決に時間を割く。作製メソッドが完成したら、通電によりスピントルク観測へと進める。
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| Causes of Carryover |
（理由）繰り越しが生じた主な理由は、消耗品の節約の結果である。さらに、年度末の学会参加中止が予期せぬ事態として重畳された。
（計画）今年度の節約で出来た資金は、貴金属ターゲットの購入に充てる。
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[Journal Article] Quasi-antiferromagnetic multilayer stacks with 90 degree coupling mediated by thin Fe oxide spacers2019
Author(s)
G. Nagashima, Y. Kurokawa, Y. Zhong, S. Horiike, D. Schonke, P. Krautscheid, R. Reeve, M. Kl&aui, Y. Inagaki, T. Kawae, T. Tanaka, K. Matsuyama, K. Ohnishi, T. Kimura, and H. Yuasa
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Journal Title
J. Appl. Phys.
Volume: 126
Pages: 093901-1~8
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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