2014 Fiscal Year Annual Research Report
スピン流によるスピン波変調と磁気秩序制御の原理実証
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26289229
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
谷山 智康 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 准教授 (10302960)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 磁性 / スピンエレクトロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
反強磁性秩序と強磁性秩序が拮抗した磁気秩序状態は、磁場を印加することでメタ磁性転移を引き起こすことが知られている。一方で、このような磁気秩序状態ではスピン偏極した電流や電荷の移動を伴わないスピン角運動量のみの流れ（スピン流）を外部から注入することで、磁気秩序が変調を受けると期待される。本研究では、スピン流により磁気秩序を制御するための新手法の提案と実証を目的とする。
上記の目的を達成するために本研究では、反強磁性-強磁性磁気相転移を示すB2規則化したFeRhエピタキシャル薄膜のスピン波励起状態にスピン流が与える磁性変調効果について調査する。そのためには、高品質なFeRh 薄膜の成長条件を最適化する必要があり、H26年度はまず、高品質FeRh 薄膜の成長条件の最適化とスピン波計測装置の整備を行った。FeRh薄膜はバルクと比較して磁気相転移を示す組成範囲が0.5 at.%程度と極めて狭いため、精緻に組成を制御する必要があった。成長条件の最適化の結果、膜厚40-50nmのエピタキシャルFeRh薄膜をMBE法により成長することに成功した。さらにその磁気転移の特徴を調査するために、Fe/FeRhヘテロ構造を作製し、その磁気異方性を調査した。その結果、作製したFeRh薄膜が室温でG型反強磁性体であることを裏付ける明瞭な交換バイアス効果を見出すことに成功した。また、FeRh 試料においてスピン波を計測するために、本研究で新たに20GHz帯のベクトルネットワークアナライザーを設置し、その特性を評価し、次年度以降に実施するスピン波計測のための見通しを立てた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初、薄膜の品質を磁化の温度依存性のみで裏付けることを想定していたが、Fe/FeRh二層構造の磁気異方性を評価することでFeRhのスピン構造がG型反強磁性であることを支持する明瞭な交換バイアス効果を見出すことに成功した。当初計画では想定されていなかった実験結果を得ることができたため、上記の達成度と自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
H26年度に得られたFeRh薄膜の成膜条件およびH27年度に継続して行う成膜条件の最適化に基づいて、H27年度以降において実際にスピン偏極電子をFeRh細線に注入し、スピン注入効果がFeRhの磁気秩序に与える影響を調査する方向で研究を進める。また、FeRhにおけるスピン波をH26年度に設置したベクトルネットワークアナライザーを用いて計測し、スピン注入によるスピン波励起状態への影響について調査する。以上により、当初目的の達成を目指す。
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| Causes of Carryover |
平成26年9月、FeRh薄膜の特性評価の過程で作製したFeRh/Feにおいて、当初予想していなかった接合界面での交換バイアス効果が発現することを新たに見出した。そのため、上記新知見に基づいてスピン波計測用FeRh試料を含め予定よりもより多くの試料を作製し、高品質な試料を作製するための条件の最適化を実施する必要が生じた。そのため、スピン波計測用試料等を作製するための材料費を次年度に繰り越す必要が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H26年度の未使用金とH27年度分として請求した研究費と合わせて、当初計画を達成するためH26年度に設置したスピン波計測装置に新たに電磁石を増設することを計画している。また、FeRh等の試料作製用の材料、真空部品類、スピン波計測用の電子部品、その他消耗品を購入するための費用として活用する計画である。
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