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2011 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

Research Project

Project/Area Number 22360014
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

白井 正文  東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70221306)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小田 竜樹  金沢大学, 数物科学系, 教授 (30272941)
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
Research Abstract

不揮発性スピンメモリにおいて電界による磁化反転を利用したデータ書換えを確立するために、強磁性金属/酸化物積層薄膜における結晶磁気異方性とその電界効果の第一原理計算を行い、顕著な電界効果を発現する材料・素子構造を理論的に探索した。本年度は、強磁性金属の構成元素および組成の違いに着目し、Fe/MgO界面付近のFeをCoで置換した系を対象として磁気異方性とその電界効果を第一原理計算した。その結果、Fe/MgO界面における強い垂直磁気異方性が、Co組成の増加に伴って著しく低下することを見出した。この結果は、FeとCoの価電子数の違いにより、フェルミ準位付近における電子バンド構造とその軌道成分の変化に起因している。また、磁気異方性の電界変調量についても、Co組成の増加に伴って減少する傾向が得られた。この結果は、MgOとの接合界面における磁気異方性の電界制御のためには、Fe組成の多い強磁性合金を用いる方が有利であることを示唆している。
一方、高スピン偏極ホイスラー合金を用いた磁気トンネル接合における電界アシスト磁化反転の可能性を検討するために、Co_2FeAl/MgO界面における磁気異方性を第一原理計算した。その結果、Co終端界面では強い垂直磁気異方性を発現するのに対して、FeAl終端界面では面内磁気異方性を示すことが明らかになった。磁気トンネル接合界面における磁気異方性は、界面付近における強磁性金属の電子バンド構造に強く依存することを反映して、CoFe/MgO界面とは異なる傾向を示したものと考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

交付申請時に研究実施計画の一つとして掲げた強磁性金属/非磁性金属/強磁性金属スピンバルブ構造と強誘電体を接合した系において誘電分極の向きによりスピンバルブの磁化配置を反転させることが極めて困難であることが本年度の検討により明らかになったため。

Strategy for Future Research Activity

(1)強磁性金属/絶縁体積層薄膜における磁気異方性の電界効果の評価については、次年度は絶縁体の候補として非磁性半導体および高誘電率酸化物に対象を拡張して、顕著な電界効果を発現する材料・素子構造を探索する。
(2)強磁性金属/非磁性金属/強磁性金属スピンバルブ構造の磁化配置を、接合した強誘電体の誘電分極の向きにより制御することが困難であることが予想されるため、次年度は強磁性金属/強誘電体積層薄膜における誘電分極の向きによる強磁性転移温度の変調を利用した非破壊読出し技術について検討を進める。

  • Research Products

    (24 results)

All 2012 2011

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (22 results)

  • [Journal Article] Effects of interfacial noncollinear magnetic structures on spin-dependent conductance in Co_2MnSi/MgO/Co_2MnSi magnetic tunnel junctions : A first-principles study2011

    • Author(s)
      Y.Miura, et al
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 83 Pages: 214411/1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.83.214411

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] First-principles study of ballistic transport properties in Co_2MnSi/X/Co_2MnSi (001) (X=Ag, Au, Al, V, Cr) trilayers2011

    • Author(s)
      Y.Miura, et al
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 84 Pages: 134432/1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.134432

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] FePdを用いた磁性薄膜における磁気異方性電界効果2012

    • Author(s)
      原口辰也, 他
    • Organizer
      日本物理学会2012年年次大会
    • Place of Presentation
      西宮
    • Year and Date
      2012-03-27
  • [Presentation] FeCo/MgO界面における垂直磁気異方性とその電界変調2012

    • Author(s)
      辻川雅人, 他
    • Organizer
      日本物理学会2012年年次大会
    • Place of Presentation
      西宮
    • Year and Date
      2012-03-24
  • [Presentation] Pd/Fe/Pd/Fe/Pd(001)薄膜の磁気異方性とその電界効果の第一原理計算2012

    • Author(s)
      田口裕作, 他
    • Organizer
      日本物理学会2012年年次大会
    • Place of Presentation
      西宮
    • Year and Date
      2012-03-24
  • [Presentation] MgO/FeCo界面の磁気異方性とその電界効果におけるCoの役割2012

    • Author(s)
      辻川雅人, 他
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2012-03-18
  • [Presentation] Co_2FeAl/MgO界面における磁気異方性の第一原理計算2012

    • Author(s)
      森大樹, 他
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2012-03-17
  • [Presentation] マルチフェロイック酸化物CoドープBiFeO_3の電子構造と磁気特性の第一原理計算2012

    • Author(s)
      松澤雄一郎, 他
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2012-03-17
  • [Presentation] 交互積層FeNi超薄膜における磁気異方性の第一原理計算2012

    • Author(s)
      尾崎翔, 他
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2012-03-16
  • [Presentation] First principles study of interface magnetic anisotropy between transition metal nitride (carbide) and Fe (001)2012

    • Author(s)
      M.Tsujikawa, et al
    • Organizer
      2nd CSIS International Symposium on Spintronics-based VLSIs and 8th RIEC International Workshop on Spintronics
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2012-02-02
  • [Presentation] Perpendicular magnetic anisotropy of Co_2FeAl/MgO interfaces2012

    • Author(s)
      D.Mori, et al
    • Organizer
      2nd CSIS International Symposium on Spintronics-based VLSIs and 8th RIEC International Workshop on Spintronics
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2012-02-02
  • [Presentation] Ab initio study on magnetic anisotropy of L1_0-ordered alloy FeNi2011

    • Author(s)
      S.Ozaki, et al
    • Organizer
      56th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • Place of Presentation
      Scottsdale (USA)
    • Year and Date
      2011-11-01
  • [Presentation] Electric-field modulation of magnetic anisotropy at surfaces and interfaces2011

    • Author(s)
      M.Tsujikawa, et al
    • Organizer
      International Focus Workshop on Quantum Simulations and Design
    • Place of Presentation
      Dresden (Germany)
    • Year and Date
      2011-09-29
  • [Presentation] Magnetic anisotropy and its electric field effect in the magnetic films2011

    • Author(s)
      T.Oda, et al
    • Organizer
      International Focus Workshop on Quantum Simulations and Design
    • Place of Presentation
      Dresden (Germany)
    • Year and Date
      2011-09-29
  • [Presentation] FeNi規則合金およびFe/Ni多層膜の磁気異方性の第一原理計算2011

    • Author(s)
      尾崎翔, 他
    • Organizer
      第35回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      新潟
    • Year and Date
      2011-09-29
  • [Presentation] Fe/MgO(001)薄膜における磁気異方性のキャップ層依存性2011

    • Author(s)
      辻川雅人, 他
    • Organizer
      第35回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      新潟
    • Year and Date
      2011-09-28
  • [Presentation] Fe/Au(001)表面における磁気異方性電界変調の非線形性2011

    • Author(s)
      辻川雅人, 他
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] Pd/Fe/Pd(001)における磁気異方性電界効果2011

    • Author(s)
      原口辰也, 他
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] 平面波擬ポテンシャル第一原理計算コードの高速化とスラブ系への応用2011

    • Author(s)
      後藤純平, 他
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] Fe/MgO(001)界面における磁気異方性の第一原理計算2011

    • Author(s)
      森大樹, 他
    • Organizer
      2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形
    • Year and Date
      2011-08-30
  • [Presentation] First-principles calculations of spin-dependent transport properties in magnetic tunnel junctions with ferroelectric barriers2011

    • Author(s)
      Y.Matsuzawa, et al
    • Organizer
      Annual Meeting of Advanced Spintronic Materials and Transport Phenomena JST-DFG Research Unit
    • Place of Presentation
      Kaiserslautern (Germany)
    • Year and Date
      2011-08-22
  • [Presentation] Ab initio study on magnetic anisotropy at Co_2FeAl/MgO and Fe/MgO interfaces2011

    • Author(s)
      D.Mori, et al
    • Organizer
      Annual Meeting of Advanced Spintronic Materials and Transport Phenomena JST-DFG Research Unit
    • Place of Presentation
      Kaiserslautern (Germany)
    • Year and Date
      2011-08-22
  • [Presentation] Electric field modulation of magnetic anisotropy in MgO/Fe-Pt thin films2011

    • Author(s)
      M. Tsujikawa
    • Organizer
      5th International Workshop on Spin Currents
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2011-07-27
  • [Presentation] A first-principles study on magnetic anisotropy of Fe/MgO (001) interface2011

    • Author(s)
      D.Mori, et al
    • Organizer
      5th International Workshop on Spin Currents
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2011-07-27

URL: 

Published: 2013-06-26  

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