2021 Fiscal Year Annual Research Report
Studies on nitride-based spintronics materials with perpendicular magnetic anisotropy
| Project/Area Number |
19K21954
|
|---|
| Research Institution | University of Tsukuba |
|---|
Principal Investigator |
末益 崇 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40282339)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
磯上 慎二 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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
|
| Keywords | スピントロ二クス / フェリ磁性体 / 垂直磁気異方性 / 不純物 / 異常ホール係数 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、フェリ磁性体Mn4Nをベースとして、不純物を添加することで、多彩な磁気特性を得ることを目的とし、従来の遷移金属不純物(Fe, Co, Ni)とは異なり、非磁性元素であるInをドープしたMn4-xInxN(x=0-0.41)膜をMgO(001)基板上に分子線エピタキシー法により成長し、結晶性および磁気特性を評価した。X線回折測定および反射高速電子線回折より、Mn4-xInxN(x=0-0.41)膜のエピタキシャル成長を確認した。そのような膜について、室温で異常ホール係数を測定したところ、x=0.41まで垂直磁気異方性を確認した。また、In組成x=0.15と0.27の間で、異常ホール係数の符号が反転した。Mn4Nでは、面心サイトのMn原子[Mn(II)]が電気伝導を支配していると考えられている。このため、異常ホール係数の符号反転は、Mn(II)の磁気モーメントが反転したことが予想される。In原子の添加により、角位置のMn原子[Mn(I)]と面心位置のMn(II)の磁気モーメントの方向が、どのように変化するかを調べるため、PF-BL-16Aにおいて、X線磁気円二色性(XMCD)測定を室温で行った。その結果、x=0.15では、x=0とほぼ同じく、Mn(I)とMn(II)の磁気モーメントは反平行になっていたが、x=0.27のとき、Mn(II)原子の磁気モーメントの符号が反転してMn(I)の磁気モーメントと平行になり、x=0.41でも、それが継続することが分かった。この結果は、異常ホール係数の符号反転とも整合している。また、XMCDスペクトルから、Inは、Mn(II)を置換しやすいといえる。このように、Fe, Co, Ni等の遷移金属不純元素ではなく、非磁性元素をドープした場合でも、面白い磁気構造が発生することが分かった。
|
