Magnetic anisotropy control of adjacent magnetic thin films using electrical manipulation of quantum well states in 4d / 5d metal thin films

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05199
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: Sato Tetsuya 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (20162448)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 量子井戸 / Pd超薄膜 / Pt超薄膜 / 磁気異方性 / 電気的手法 / 磁性制御 / 放射光実験

Outline of Final Research Achievements

We aimed to propose and demonstrate a method for controlling the magnetic anisotropy of adjacent ferromagnetic thin films by manipulating the quantum well states generated in Pd and Pt thin films with an electric field.
First-principles calculations show that it is possible to control the magnetism of Pd ultrathin films using through modulation of interfacial electronic states, and the quantum wells formed in the Pd layer in Fe/Pd multilayer films are modulated through changes in the magnetic moment and orbital magnetism of Fe. Synchrotron radiation experiments have shown that the ferromagnetism found in Pt (100) thin films is Pt-specific, but the orbital magnetic moment of pure Pt is much smaller than that in Pt compounds. It was found that it is difficult to greatly modulate the magnetic anisotropy of the magnetic metal in joining of Pt and adjacent magnetic metals.

Free Research Field

磁気工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

磁気デバイスの省エネルギー化への期待から磁気異方性の電場制御が注目され、これまで多くの手法が提案されている。しかし、現在までその物理的基盤が明確で広範に利用可能な磁気異方性の電場制御法は確立されていない。
本研究では、PtおよびPd薄膜中に形成される量子井戸状態の電場による操作を用いて、隣接する強磁性薄膜の磁気異方性の制御を実現する新たな手法を提案している。この手法の物理的基盤は明確であり、広範に利用可能である。しかし、純粋なPtの軌道磁気モーメントがPt化合物等に見られるものよりはるかに小さいことが分かり、この手法を用いた磁気異方性制御は容易ではないことが明らかにされた。