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超薄膜強磁性金属における磁気異方性の電界制御

研究課題

研究課題/領域番号 11J01274
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 応用物性・結晶工学
研究機関大阪大学

研究代表者

塩田 陽一  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2011 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2013年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードスピントロニクス / 磁気異方性 / 磁化反転 / 電圧制御
研究概要

現在、メモリなどのエレクトロニクスデバイスにおいて待機電力・消費電力の低減が求められています。そこで本研究では、室温下で磁性材料に直接電圧を印加することによって磁化の方向を制御し新たなデバイス応用を目指し研究を行っています。本年度は電圧効果の下地依存性、及び新たな解析手法を用いた垂直磁気異方性の二次の項に対する電圧効果の定量評価を行いました。
まずスパッタリング法を用いて成膜したTa下地及びRu下地を有するCoFeB/MgO接合において、様々な電界印加下での磁気抵抗曲線から電界効果を定量的に評価しました。どちらの素子においても垂直磁気異方性は電界に対して線形に応答するが、変化の符号が異なっていました。異方性変化量はそれぞれTa/CoFeB/MgOで-35・J/m2(V/nm)-1、Ru/CoFeB/MgOで+18・・J/m2(V/nm)-1でした。この結果より、電界効果は強磁性層/絶縁層界面での効果と考えられるが、その変化の大きさ・符号は下地層にも大きく依存することがわかりました。
次にスパッタリング法を用いて成膜したMgO(2nm)/CoFeB(2nm)/Ta capのトンネル磁気接合素子において高次の垂直磁気異方性の電圧効果を評価しました。まずは垂直磁気異方性の一次の項に対する電圧効果を定量評価しました。高次の異方性は膜面垂直磁場下では無視する事ができるため、そのような条件下での熱励起強磁性共鳴法より共鳴周波数を測定しました。フィッティングを行った結果、一次の垂直異方性磁場の線形な電圧依存性を有し、-0.34kOe/Vの傾き持つことがわかりました。次に膜面垂直方向から35°傾けた傾斜磁場印加下で電圧誘起強磁性共鳴法より共鳴周波数を測定しました。ここでフィッティングを行う際、一次の項の値は前述の値を用いました。この測定より二次の垂直磁気異方性磁場も線形な電圧依存性を有し、-0.14kOe/Vと一次の項よりは小さいものの、同様に電圧効果を示しました。このような報告はこれまで行われておらず、二次の項まで考慮する事は今後電圧効果の増大に有益であると考えられる。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(3件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2014 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (14件)

  • [雑誌論文] Opposite signs of voltage-induced perpendicular magnetic anisotropy change in CoFeBg | MgO junctions with different underlayers2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiota, F. Bonell, S. Miwa, N. Mizuochi, T. Shinjo, and Y. Suzuki
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 103 号: 8 ページ: 82410-1

    • DOI

      10.1063/1.4819199

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detailed analysis of spin-dependent quantum interference effects in magnetic tunnel junctions with Fe quantum wells2013

    • 著者名/発表者名
      P.Sheng(共著)
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 102 号: 3 ページ: 32406-32406

    • DOI

      10.1063/1.4789438

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electric-field-induced ferromagnetic resonance excitation in an ultrathin ferromagnetic metal layer2012

    • 著者名/発表者名
      T. Nozaki (共著)
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 8 号: 6 ページ: 491-496

    • DOI

      10.1038/nphys2298

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pulse voltage-induced dynamic magnetization switcing in magnetic tunneling junctions with high resistance-area product2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiota
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 101 号: 10 ページ: 102406-102406

    • DOI

      10.1063/1.4751035

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Induction of coherent magnetization switching in a few atomic layers of FeCo using voltage pulses2011

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Shiota
    • 雑誌名

      Nature Materials

      巻: 11 号: 1 ページ: 39-44

    • DOI

      10.1038/nmat3172

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Evaluation of voltage-torque through voltage-induced ferromagnetic resonance2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiota, S. Miwa, F. Bonell, N. Mizuochi, T. Shinjo, Y. Suzuki
    • 学会等名
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県)
    • 年月日
      2014-03-20
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of voltage-torque by voltage-induced ferromagnetic resonance in CoFeB|MgO magnetic tunnel junctions2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiota, S. Miwa, F. Bonell, N. Mizuochi, T. Shinjo, Y. Suzuki
    • 学会等名
      58th Annual Conference on MMM
    • 発表場所
      Sheraton Denver Down Town(米国コロラド州)
    • 年月日
      2013-11-08
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Au (001)/Fe (001)/MgO (001)におけるスピン波伝搬のFe膜厚依存性2013

    • 著者名/発表者名
      塩田陽一、三輪真嗣、水落憲和、新庄輝也、鈴木義茂
    • 学会等名
      第68回日本物理学会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島県)
    • 年月日
      2013-09-25
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 電圧誘起強磁性共鳴による電圧トルク評価2013

    • 著者名/発表者名
      塩田陽一、三輪真嗣、F. Bonell、水落憲和、新庄輝也、鈴木義茂
    • 学会等名
      第37回日本磁気学会学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)
    • 年月日
      2013-09-05
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Voltage-induced perpendicular magnetic anisotropy change in sputtered Ru/CoFeB/Mgo structure2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiota, F. Bonell, S. Miwa, N. Mizuochi, T. Shinjo, Y. Suzuki
    • 学会等名
      The 8th international symposium on Metallic Multilayers
    • 発表場所
      Kyoto Research Park (京都府)
    • 年月日
      2013-05-20
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] The influence or under-layer for voltage-controlled magnetic anisotropy in CoFeB/MgO junctions2013

    • 著者名/発表者名
      塩田陽一
    • 学会等名
      第60回応用物理学会学術講演会 2013年春
    • 発表場所
      神奈川工科大学(神奈川県)
    • 年月日
      2013-03-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Dynamnic magnetization switching and spin wave excitation by voltage-induced torque2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiota
    • 学会等名
      American Physics Society March Meeting 2013
    • 発表場所
      Baltimore Convention Center(USA)(招待講演)
    • 年月日
      2013-03-21
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] High-speed dynamics induced by electric field in magnetic tunnel Junctions2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiota
    • 学会等名
      12th Joint MMM/Intermag Conference
    • 発表場所
      Hyatt Regency Chicaco (USA)(招待講演)
    • 年月日
      2013-01-15
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Spin wave propagation in single crystal Au (001) /Fe (001) /MgO(OOl) waveguides2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiota
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Magnetism
    • 発表場所
      Bexco (Korea)
    • 年月日
      2012-07-13
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] パルス電圧によるダイナミック磁化反転の電界強度依存性2012

    • 著者名/発表者名
      塩田陽一
    • 学会等名
      第59回応用物理学会関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2012-03-18
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Electric-field dependence of switching probability for dynamic magnetization switching in a few atomic layers of FeCo2011

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Shiota
    • 学会等名
      MMM2011
    • 発表場所
      Chicago, Illinois, USA
    • 年月日
      2011-11-02
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] パルス電圧によるダイナミック磁化反転2011

    • 著者名/発表者名
      塩田陽一
    • 学会等名
      第35回日本磁気学会学術講演会
    • 発表場所
      新潟朱鷺メッセ
    • 年月日
      2011-09-29
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 電圧誘起磁気異方性変化によるダイナミック磁化反転制御2011

    • 著者名/発表者名
      塩田陽一
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形大学
    • 年月日
      2011-08-31
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Magnetization switching using pulse voltage induced magnetic anisotropy change2011

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Shiota
    • 学会等名
      Intermag2011
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan(招待講演)
    • 年月日
      2011-04-26
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-12-12   更新日: 2024-03-26  

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