2010 Fiscal Year Annual Research Report
磁性体/誘電体ハイブリッド不揮発性メモリの理論設計
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22360014
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
白井 正文 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70221306)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小田 竜樹 金沢大学, 数物科学系, 教授 (30272941)
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| Keywords | 不揮発性メモリ / 強磁性体 / 強誘電体 / 電気磁気効果 / 磁気異方性 / 電界効果 / 磁気抵抗効果 / 第一原理計算 |
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| Research Abstract |
不揮発性スピンメモリにおける電界アシスト磁化反転の実現可能性を検討するため、異なる非磁性金属AuおよびPt基板上のFe/MgO薄膜における磁気異方性の電界効果を比較した。
外部電界を印加しない場合、Au/Fe/MgO薄膜は垂直磁気異方性を示すのに対して、Pt/Fe/MgO薄膜は強い面内磁気異方性を示すことが明らかになった。Au/Fe/MgO薄膜では、Fe 3d軌道とAu 5d軌道の混成が弱いため、Fe/MgO界面におけるFe 3d軌道とO 2p軌道の混成に起因した垂直磁気異方性が支配的である。一方、Pt/Fe/MgO薄膜では、Fe 3d軌道とPt 5d軌道の強い混成効果により、フェルミ準位付近の電子状態が大きく異なり、これが面内磁気異方性の起源となっている。
外部電界を印加した場合、両薄膜に誘起される電子密度は同程度であり、静電遮蔽効果に著しい相違は見られない。しかし、外部電界により誘起されるスピン密度には、Au/FeおよびPt/Fe界面付近で明確な相異が見られ、Pt/Fe界面の方がAu/Fe界面に比べて大きなスピン密度が誘起される。これはFe 3d軌道とPt 5d軌道の強い混成のためである。結晶磁気異方性の電界変調に関しても、Pt/Fe/MgO薄膜の方がAu/Fe/MgO薄膜に比べ著しく増大しており、Pt/Fe/Pt薄膜と同程度の電界効果が得られた。この電界効果の増大は、外部電界によりFe 3d軌道とPt 5d軌道の混成強度の変化に由来している。
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