2022 Fiscal Year Annual Research Report
Demonstration of low power consumption memory device using electric field induced magnetization reversal
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21K18891
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
東 正樹 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (40273510)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金子 智 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 電子技術部, グループリーダー (40426359)
重松 圭 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (40754578)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 強磁性強誘電体 / 磁気メモリ / 微細加工 / ホールセンサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁気情報書き込みに用いる磁場を発生するための電流が不要なため、超低消費電力の磁気メモリデバイスを実現できるBiFe0.9Co0.1O3の電場印加磁化反転現象を用いた超低消費電力マルチフェロックメモリの実現に向け、微細加工と磁気センサの開発に取り組んだ。
マロン酸を用いた陽極酸化アルミ箔をマスクとして使ったレーザーアブレーション成膜で、直径200nmのドットの作製に成功、圧電応答顕微鏡と磁気力顕微鏡観察により、このサイズではマルチドメイン構造を持つ事を明らかにした。これまでの結果と合わせると、シングルドメイン化のためには100nm程度への微細化が必要である。電場印加磁化反転を検出するためのセンサー材料の開発も行った。(001)配向SrTiO3基板上に成膜した線亜鉛型のInSbが(111)配向でエピタキシャル成長し、1Oe程度の磁場の反転を検出出来ることを確認した。BFCO上に成膜するとBiとInが反応してしまうため、バッファー層として厚さ5nm程度のSrTiO3を挟む事で、InSb (111)/SrTiO3 (001)/BFCO (001)/SrTiO3 (001)のヘテロ構造の作成に成功、1Oeまでの磁場の反転をホール抵抗の符合の反転として検出出来ることを確認した。
また、膜の上下方向ではなく、面内の電場印加による磁化反転の可能性を検証するため、(110)配向SrTiO3基板上に成膜した試料にギャップ電極を作製した。面内に800kV/cmの電場印加を印加して、109°ドメインスイッチングを行ったところ、試料の一部ではあるが、面外磁化の反転を検証することができた。
さらに、BFCOにおけるCo置換の効果を理論的に解明した。Co3+はヤーンテラー歪みなしに高スピン状態を取っており、スピン軌道相互作用が弱強磁性の発現に寄与する事がわかった。
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