2013 Fiscal Year Research-status Report
電場結合型非接触スピン注入を利用した省電力磁化反転
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25630153
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
能崎 幸雄 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (30304760)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 強磁性共鳴 / マイクロ波アシスト記録 / 垂直磁気記録 |
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| Research Abstract |
本年度は、電場結合型非接触スピン注入の実現に向けて以下の研究を行った。
①【素子作製とマイクロ波伝送特性の評価】 電場結合型の交流スピン偏極電流生成素子は、スピン注入源となる面内磁化膜(NiFe合金)と注入先の垂直磁化膜が非磁性金属(Cu)層で分離された積層構造と、交流電場印加に用いる電極から構成される。交流スピン偏極電流による垂直磁化膜の動的特性(強磁性共鳴周波数やQ値)の変化を系統的に調べるためには、垂直磁化膜の磁気異方性エネルギーを制御しながら実験する必要がある。そこで、本年度は、界面磁気異方性により垂直磁気異方性を示すCo/Ni多層膜を電子ビーム蒸着装置を用いて作製し、膜厚や積層数によって変化する磁気異方性エネルギーとダンピング定数の相関を詳しく調べた。その結果、Co層の膜厚を減少させることにより磁気異方性エネルギーが単調に増加する一方、ダンピング定数にはCo層厚依存性があまり見られないことがわかった。次に、交流電場印加用の電極パターンを含むマイクロ波伝送線路を試作し、ネットワークアナライザを用いてその複素インピーダンスの周波数依存性を測定した。その結果、交流スピン偏極電流の生成に必要な電場を発生させるために必要な静電容量が設計通りに実現していることが確かめられた。
②【垂直媒体のFMRスペクトルの変化を利用した交流スピン偏極電流のSTT検出実験】
本年度は、スピントランスファートルクの高精度な検出を確立するため、センス電流を用いることなく強磁性薄膜パターンの強磁性共鳴スペクトルを測定する手法について研究した。その結果、センス電流を用いる従来方法に比べてジュール熱の影響を最小化できることが明らかになった。さらに、本手法を用いて純スピン流（電荷を伴わないスピン角運動量の流れ）によるスピントランスファートルクの測定にも成功した。
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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
本年度の主な目的は、電場結合型の交流スピン偏極電流生成素子の作製と、交流スピン偏極電流によるスピントランスファートルクの検出方法の確立である。素子の作製には、①磁気異方性エネルギーを系統的に制御できる強磁性薄膜の作製、②スピン注入源とスピン注入先の磁化の直交配置（スピントランスファートルクが最大となる磁化配置）の実現、③交流スピン偏極電流を生成するためのコンデンサ構造の評価、最後に①～③の技術を集積することが要求される。研究実績の概要でも述べたとおり、①～③の技術は本年度の研究により確立され、現在これらを集積した素子の作製を行っており、ほぼ当初計画通りに研究は進んでいる。さらに、スピントランスファートルクの検出実験については、当初研究計画で予定していた方法よりも高精度に検出可能な方法の実験検証に成功しており、この点については当初計画を上回る成果が得られた。交流スピン偏極電流によるスピントランスファートルクの検出までは実現できなかったが、前記の検出方法を用いることにより高感度に検出できることが期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
前記の通り、平成２５年度は、ほぼ計画通りに進捗していることから、平成２６年度も当初予定にしたがって研究を進める。具体的には、次の２点の研究を行う。
①【交流スピン偏極電流によるFMR誘引を用いたMAMRの検証実験】 まず、電場結合型交流スピン偏極電流生成素子を作製する。次に、交流スピン偏極電流を垂直磁化媒体に注入することにより強磁性共鳴(FMR)を誘引し、同時に磁化と逆向きの直流磁場を印加する。垂直磁化媒体の固有共鳴周波数に等しい交流スピン偏極電流を加えることにより、垂直磁化媒体の磁化スイッチングに必要な磁場がどの程度減少するかを詳しく調べ、マイクロ波アシスト磁化反転(MAMR)の有無を検証する。
②【交流磁場によるFMR誘引を利用した従来型MAMRとの性能比較】 マイクロ波導波路表面の交流磁場を用いた垂直媒体のMAMR実験については、磁化反転磁場の低減とマイクロ波強度の関係が申請者らのこれまでの研究により明らかになっている。本研究では、交流スピン偏極電流によるFMR誘引を磁化アシストに利用した場合について、磁化反転磁場のマイクロ波強度依存性を測定し、前者と比較することにより、電場結合型交流スピン注入方式の優位性を確認する。
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Research Products
(7 results)
