2021 Fiscal Year Research-status Report
Study on generation and high-speed driving of skyrmion in the multilayered films with antiferromagnetic coupling
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20K03836
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田中 雅章 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50508405)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 層間磁気結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度の研究から「強磁性/非磁性/強磁性」の3層からなり、上下の強磁性層の磁化が反対を向いて安定する反強磁性結合多層膜では、反強磁性結合が強くなるとネール磁壁の安定性が向上することを明らかにした。今年度は反強磁性結合がネール磁壁の安定性を向上する原因の調査とネール磁壁の安定性が磁壁移動速度に与える影響の調査を目的に、垂直磁化の強磁性層として{Tb/Co}_4または{Co/Tb}_4を、非磁性層としてRhを用い、スピン注入層として上部にPt層を用いた{Tb/Co}_4/Rh/{Co/Tb}_4/Pt構造で磁壁駆動現象を調査した。細線にパルス電流を印加した際の磁壁の駆動の様子から反強磁性結合が磁壁構造や磁壁の安定性に与える影響を評価した。実験から次のことが明らかになった。
Ruを非磁性層に用いた試料と同様にこの構造でも生成した磁壁はネール磁壁の成分を持ち、Pt層のスピンホール効果によるスピン流で駆動できることがわかった。またこの磁壁をブロッホ磁壁にする際に必要な細線長手方向の磁場は反強磁性結合の強さに依存して大きくなり、最大で20 mT以上になることがわかった。この大きさは反強磁性結合がない細線では10 mT以下であることから反強磁性結合によりネール磁壁が安定することがわかった。また、反強磁性結合が強くなると磁壁の駆動速度が早くなることがわかった。
次にランダウ・リフシッツ・ギルバート方程式に基づいたマイクロマグネティック・シミュレーションを用いて反強磁性結合の強さと磁壁の磁気モーメントとの関係を調べた。反強磁性結合が強くなると磁壁の磁気モーメントが細線長手方向に向くことがわかった。この磁気モーメントの角度の変化がネール磁壁の安定化に関わるとともに、Pt層から注入されたスピン流を効率的に受けて磁壁速度が向上すると考えられることがわかった。
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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
これまでの研究から「強磁性/非磁性/強磁性」の3層からなり、上下の強磁性層の磁化が反対を向いて安定する反強磁性結合多層膜では、ネール磁壁の安定化につながり、この効果は中間非磁性層の種類によらず発現することがわかった。また、反強磁性結合が強くなるとネール磁壁の安定性が向上し、同時に磁壁の駆動速度が向上することがわかった。この実験結果の原因は反強磁性結合の強さに依存して磁壁の磁気モーメントが磁壁に対して垂直方向に変化することが原因であることをランダウ・リフシッツ・ギルバート方程式に基づいたマイクロマグネティック・シミュレーションで明らかにした。
強磁性細線上でネール磁壁を安定化させる場合、通常は強磁性/重金属積層構造の界面で生じる界面ジャロシンスキー・守谷相互作用を用いる。界面ジャロシンスキー・守谷相互作用は強磁性細線上で渦磁区構造を安定化させることが知られている。本研究は界面ジャロシンスキー・守谷相互作用と同様の効果が反強磁性結合を用いても発現することを示唆する結果である。マイクロマグネティック・シミュレーションでも反強磁性結合を用いることで消失半径以下の微小な渦磁区が消えずに存在できることを明らかにしている。以上のように、これまでの研究から反強磁性結合が渦磁区構造を安定化する可能性があることを明らかにしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は強磁性/非磁性接合界面の界面ジャロシンスキー・守谷相互作用が、界面原子種によりどのように変化するか調べ、反強磁性結合とともに渦磁区構造を安定化する接合界面の調査を行う。これまでの研究から界面ジャロシンスキー・守谷相互作用が接合界面により変化する可能性があることがわかっており、系統的な調査により相関関係を解明する。また強磁性細線上に渦磁区を生成し、シグナルジェネレーターを用いて２GHｚ～２０GHｚの範囲で細線に高周波電流を印加して、高周波電流による渦磁区の共振現象の調査を行う。
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