Electric-field control of antiferromagnetic spin configuration via antiferromagnetic/ferromagnetic transition and applications for memory devices

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14196
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Takamasa Usami 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 特任研究員(常勤) (30880273)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 界面マルチフェロイク構造 / 磁気メモリ / 電界制御

Outline of Final Research Achievements

We proposed an electric-field (E) control of antiferromagnetic (AFM) spin configuration using multiferroic heterostructures composed of magnetic materials showing an AFM-ferromagnetic (FM) phase transition and piezoelectric materials. To demonstrate the electric-field (E) control, an efficient E control of the FM magnetization vectors by piezoelectricity is required. In this study, we find that the growth of the FM materials with an appropriate crystal orientation and the demonstration of moderate magnetic anisotropy are important for the efficient E control of the magnetization vectors.

Free Research Field

磁気工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電界により磁性を制御できる界面マルチフェロイク構造は、磁性メモリデバイスなどの低消費電力動作に資する技術と期待されているが、高効率な動作のための設計指針は未確立な部分が多い。本成果は、界面マルチフェロイク構造を利用した強磁性状態の磁化ベクトルの高効率制御を達成するために、磁性層の結晶面方位の選択ならびに磁気異方性の大きさの調整が重要な要素であることを見出しており、界面マルチフェロイク構造を利用したメモリデバイスの設計に資する成果であるといえる。