2013 Fiscal Year Annual Research Report
高性能スピンデバイスのためのねじれ磁気構造材料の創製
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25709056
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
関 剛斎 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40579611)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 磁気構造制御 / スピンデバイス / 磁化ダイナミクス / ナノ構造 / 積層制御 |
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| Research Abstract |
本研究課題では、空間的にねじれた磁気構造を微小領域において精密に制御することで、スピンデバイスの高性能化に資するねじれ磁気構造材料の創製を行うことを主目的とし、異種磁性金属の積層化、微小磁性体におけるねじれ磁気構造および磁化ダイナミクスの解明と制御、変調スピン流による磁化反転、高周波スピントルク発振、さらに巨大スピン起電力の発生を目指して研究を遂行している。平成25年度は、高品位な異種磁性金属積層試料の作製、微小磁性体における磁気構造および磁化ダイナミクスの解明と制御、それを利用した磁化反転技術を検討するために、以下の研究内容を遂行した。
１、異種磁性金属積層試料の作製：スパッタ法を用い、単結晶基板上にハード磁性材料であるFePt合金とソフト磁性材料であるパーマロイ合金層を積層化させた。薄膜成長時の基板温度を最適化させた結果、結晶配向方向が制御された積層試料を作製できることが明らかとなった。
２、磁気構造および磁化ダイナミクスの解明と制御：上記した薄膜試料を微細加工法によりナノ構造化し、磁束計およいカー効果を利用して磁気構造を調べた。その結果、ナノ構造化により磁化方向を制御でき、磁化が膜面内方向に向いた「面内磁化素子」に加え、膜面垂直方向を磁化容易軸とする「垂直磁化素子」の作製に成功した。さらに、垂直磁化素子の磁化ダイナミクスをネットワークアナライザ強磁性共鳴法により調べたところ、不均一な磁化ダイナミクスであるスピン波が励起されている可能性が示唆された。
３、磁化反転技術を検討：スピン波を利用した磁化反転手法の系統的な評価を行った結果、スピン波ダイナミクスに起因した特徴的な磁場角度依存性が観測され、応用に向けた重要な知見が得られた。
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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
平成25年度の研究遂行により、異種磁性金属積層試料の作製手法が確立され、電気的および光学的手法により微小磁性体の磁気構造および磁化ダイナミクスを評価した。さらに、それら制御に成功し、加えてスピン波を利用した磁化反転手法の特徴的な磁場角度依存性の観測、などの代表的な成果が得られた。当初計画では、平成25年度に「ねじれ磁気構造材料の作製と微小領域での磁化制御技術の確立」および「電気的および光学的手法を用いた磁化ダイナミクスの検出」の実施を計画しており、予定されていた内容が概ね達成されていることから、研究は順調に進展しているものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度の研究遂行により得られた成果をもとに、平成26年度は「電気的および光学的手法を用いた磁化ダイナミクスの検出」を引き続き行うとともに、「スピン波モードに起因した変調スピン流、スピントルク発振およびスピン起電力の評価」に着手する。ネットワークアナライザによる電気的手法、および時間分解磁気光学カー効果を利用した光学的手法により、微小ねじれ磁気構造の磁化ダイナミクスを周波数領域と時間領域で測定する。その際、特徴的な磁化ダイナミクスを利用した磁化反転手法についても、平成25年度に引き続き検討を行う。また、100nmサイズの微小CPP-GMR素子に直流あるいは交流電流を印加し、素子抵抗の変化あるいは発生する電圧を測定することで、変調スピン流およびスピントルクを評価する。さらに、スペクトラムアナライザを用いてスピントルク発振の観測を行い、高周波磁場でスピン波モードを励起することによりスピン起電力を評価する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことにより発生した未使用額である。
次年度使用額は、平成26年度請求額とあわせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。
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