2014 Fiscal Year Annual Research Report
金属薄膜磁性の電界変調効果の増大を目指した材料開発
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26889007
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
金井 駿 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (40734546)
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| Project Period (FY) |
2014-08-29 – 2016-03-31
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| Keywords | スピンエレクトロニクス / エレクトロニクス / 磁気メモリ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性体メモリの動作電力が高集積化に伴い急速に増大する問題を解決するため、スピン注入磁化反転方式を用いた磁気トンネル接合の研究が盛んになっている。これにより、ナノ・メートル・オーダのサイズの磁性体のメモリ・デバイス動作が実証され、現在実用化に向けた研究が行われている。申請者はこれまでに、スピン注入磁化反転方式のものとほぼ同様の素子構造において更に数百倍小さな消費電力で動作する、「電界誘起磁化反転」を実証したが、この磁化反転方式は情報保持時間や書き込みエラーの問題等を抱えている。これは磁気特性の電界変調量が小さいことが最大の原因であり、本研究では、材料開発により問題を解決することを目的としている。本年度は磁気異方性およびその電界変調量の評価手法の確立を行った。
磁気トンネル接合に高周波電圧を印加し、磁気異方性の変調を介して強磁性共鳴を誘起した。検出はホモダイン検出法により行い、高周波電圧に直流電圧を重畳することにより、磁気異方性の直流電圧による変化を測定し、ナノデバイス化した磁気トンネル接合において非常に感度よく磁気異方性の電界変調量を評価する手法を確立した。
電界効果素子や垂直磁化容易磁気トンネル接合に用いられる薄膜タンタル／コバルト鉄ホウ素／酸化マグネシウム接合のエックス線磁気円二色性を測定した。総和則を用いて、軌道磁気モーメントの異方性を元素ごとに算出し、垂直磁気異方性の起源はコバルト鉄ホウ素／酸化マグネシウム界面の鉄の軌道磁気モーメントの異方性によるものと特定した。実験結果は第一原理計算による理論的解釈ともよく一致した。
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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
今年度主要な目的とした、測定系の立ち上げと評価手法の確立は予定通り進捗し、成果の一部を論文として発表した。今年度から来年度にかけて継続して取り組む計画の、電界効果素子の作成条件の最適化、CoFeB/MgO接合中の磁気異方性の起源の解明について着々と研究を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２６度確立した、測定効率および感度を向上したデバイス構造・測定系を用いて、素子作成条件や材料の違いと電界変調量の関係を調べる。異種元素を界面に挿入したデバイスについて磁気特性の電界変調量の変化を調べ、電界効果に顕著な変化があればエックス線磁気円二色性測定など、元素選択性を有する測定手法により各元素の果たす役割を解明する。磁気異方性は界面およびバルクに起源を持つことが分かっており、電界効果により前者が変化することを論文発表した。バルクの磁気異方性の起源は、予備実験結果から磁歪が最有力である。バルクの磁気異方性の起源をピエゾ素子を用いた歪制御、磁性の温度依存性の測定などにより解明する。
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