電界による磁気光学効果制御技術の開発

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26709046
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 野崎 隆行 独立行政法人産業技術総合研究所, スピントロニクス研究センター, 主任研究員 (60452405)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: Ｓｐｉｎｔｒｏｎｉｃｓ / ｍａｇｎｅｔｏ－ｏｐｔｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ / ｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、電界駆動型磁気光学デバイスの実現をターゲットとして、3d遷移金属超薄膜磁性層における磁気光学効果特性を電界で変調することを目的としている。
平成26年度はhigh-k誘電層であるSrTiO3を用いた電界効果の増大を目的として、Nb:SrTiO3基板/SrTiO3絶縁層/FeB/MgO/ITO構造からなる素子の試作に取り組み、電界を印加しながら光学アクセスによる磁気光学特性評価を可能とする素子作製プロセスを確立した。
SrTiO3薄膜はPLDによる作製を試み、成膜時の酸素圧をパラメーターとしてリーク特性を評価した。その結果、酸素圧10Pa下にて成膜した場合に低バイアス領域でのリークが抑制できることが明らかとなったが、現状では高バイアス側でのリークが十分抑制できておらず、酸素欠損を介した伝導が生じていると推察される。電界効果を観測するためには超薄膜磁性層/誘電層界面での効率的な電荷蓄積が鍵となるため、リーク電流の抑制は今後も引き続き取り組む予定である。一方、誘電率の向上とともに重要となるのが、誘電層/超薄膜磁性層界面での垂直磁気異方性の実現である。今回作製した素子では、上記の酸素圧10Pa条件下において垂直磁化FeB膜が得られ、MgO/FeB界面と同程度の界面誘起垂直磁気異方性が実現可能であることが明らかとなった。酸素圧が低い条件では垂直磁気異方性が低下するため、この異方性はMgO/Fe界面における酸素のpz軌道とFeの3dz2軌道の混成と同様の起源によるものと推測され、この点でもSrTiO3層の酸化状態が非常に重要であることを示唆している。
今後はSrTiO3層の酸素欠損低減を試みるとともに、SrTiO3層の品質と界面磁気異方性の関係を明らかにし、その後電界による磁気特性制御の観測に着手する予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

電界を印加しながら光学アクセスを可能とする素子作製プロセスを確立し、磁気光学特性への電界効果評価を可能とした点で進展が見られた。また、high-k材料とFeをベースとした超薄膜磁性層の界面において比較的大きな垂直磁気異方性が実現可能であることを見出した点も重要な進展であった。ただし現状で、high-k誘電層のリーク抑制対策に時間を要しており、電界効果を確認するために早期解決を図る必要がある。

Strategy for Future Research Activity

まずはSrTiO3のリーク電流低減を目的とした熱処理方法の探索に取り組む。また、PLDだけでなく、原子状酸素やプラズマ酸化源を用いた分子線エピタクシー法による酸化物薄膜形成、および反応性スパッタリング法も検討に含め、材料に最適な成膜方法の選択も検討する予定である。また、現状はすでに実績のあるFeB層を電圧効果用磁性層として用いているが、磁気光学材料として代表的なTb等の希土類元素とFe,Co等の3d遷移金属からなる合金における電界効果の探索にも順次着手する。

Causes of Carryover

見積り競争により予定よりも消耗品費が節約されたため

Expenditure Plan for Carryover Budget

平成27年度に必要となる蒸着母材、およびスパッタターゲットの購入に使用予定