Nitride based coherent heterostructures for efficient spin-orbit torque magnetization switching

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04499
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: ISOGAMI Shinji 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 主任研究員 (10586853)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 末益 崇 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40282339) ; 角田 匡清 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80250702)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 窒化物磁性膜 / 電流誘起磁化反転 / 磁気メモリ素子

Outline of Final Research Achievements

To achieve remarkable reduction of critical current density (Jc) for magnetization switching in magnetic thin films, the Mn-based nitrides (Mn-N) were examined and the switching demonstration was performed in this study. In addition to the switching in heterostructures with Pt layers, magnetization switching was succeeded even in the Mn-N single layer, which was the significant results beyond the earlier expectation. The Jc of Mn-N was one order of magnitude smaller than that of CoFeB conventional magnetic thin films. These results show the great significance on the prospect that neither heterostructure nor magnetic tunnel junctions might be necessary for magnetic memories, resulting in the enhancement of high integration with simple architectures that has not been demonstrated.

Free Research Field

磁性薄膜工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

将来の大規模ストレージに向けて更なる高効率磁化反転素子が期待されている．本研究で達成したMn基窒化物磁性膜を用いた電流誘起磁化反転に関する成果は，磁気メモリ素子を想定した場合，従来に無いシンプルな構造で高集積性の向上に直結する意義のあるものである．非共線型磁気構造はスキルミオン格子などの特異な磁区構造の発現に寄与するため，将来の大規模量子情報に対応したストレージ技術に貢献できる可能性がある．本研究では別途，Mn基窒化物薄膜における非共線・非鏡面磁気構造の優れた操作性も明らかにされていることから，今後の展開として，現在とは違った原理の磁気メモリ分野に発展する可能性がある．