微小磁界で磁化反転する超高密度磁性メモリセル材料

• 研究課題/領域番号: 15651051
• 研究種目: 萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中谷 亮一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60314374)
• 研究分担者: 山本 雅彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30029160) ; 遠藤 恭 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50335379)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,900千円); 2004年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2003年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
• キーワード: 情報記憶デバイス / 磁性メモリ / 磁化過程 / 磁化状態 / 漏洩磁束 / 情報記憶磁界 / 環状メモリセル / ホルテクス磁化構造 / 情報記録磁界 / ボルテクス磁化構造

研究概要

新世代の情報記憶メモリであるMRAM (Magnetic Random Access Memory)の記憶容量を飛躍的に大きくするための基礎技術を確立することを目的として、サブミクロンオーダー以下の大きさの閉磁路構造を有する磁性メモリセルの磁化過程および磁化状態について検討を行った。
(1)リング状のメモリセルの記録磁界を低減する最適構造を実験およびマイクロマグネティクス・シミュレーションの両面より探索した。この検討では、リング状のメモリセルの外径、内径などの大きさを変え、記憶に必要な磁界について検討した。その結果、幅が狭いメモリセルは、その形状磁気異方性が大きいため、記録に要する磁界が高いことが分かった。すなわち、低い磁界で記録可能な形状としては、なるべく内径を小さくすることが有利であることを明確にした。
(2)リング状のメモリセルに対する再生方法についての検討を行った。メモリセルに記憶された情報を読み出すためには、記録状態にかかわらず、磁化の向きが一定の磁性層が必要であり、磁性層の磁化の固定には反強磁性層との積層が利用できることを明らかにした。作製したNi-Fe(10-15nm)/Mn-Ir(10nm)積層リングセルでは、印加磁界の向きにかかわらず、磁化を固定できることを明らかにした。また、磁性層厚を20nm以上とすると、磁化の向きを固定できないことがわかった。
(3)再生出力を向上するためには、極薄絶縁層による電流経路の特定が有利であることを見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetic Properties of Mn/Si-O Multilayers (2005)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Nakatani, Hisashi Nakayama, Yasushi Endo, Masahiko Yamamoto
  • 雑誌名: 5 th International Symposium on Metallic Multilayers
• [雑誌論文] Magnetically Pinned Ring Dots for Spin-Valve or Magnetic Tunnel Junction Memory-Cells (2005)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Nakatani, Tetsuo Yahida, Yasushi Endo, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto, Takashi Takenaga, Sunao Aya, Takeharu Kuroiwa, Sadeh Beysen, Hiroshi Kobayashi
  • 雑誌名: J.Magn.& Magn.Mater 286 ページ: 31-36
• [雑誌論文] 層間磁気結合の研究の現状と展望 (2005)
  • 著者名/発表者名: 中谷亮一, 遠藤 恭, 山本雅彦
  • 雑誌名: 日本応用磁気学会第140回研究会資料 ページ: 1-2
  • NAID: 10014404047
• [雑誌論文] Binary Logic Gates by Ferromagnetic Nanodots (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Anisul Haque, Masahiko Yamamoto, Ryoichi Nakatani, Yasushi Endo
  • 雑誌名: J.Magn.& Magn.Mater. 282 ページ: 380-384
• [雑誌論文] Magnetically Pinned Ring Dots for Spin-Valve or Magnetic Tunnel Junction Memory-Cells (2004)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Nakatani, Tetsuo Yoshida, Yasushi Endo, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto, Takashi Takenaga, Sunao Aya, Takeharu Kuroiwa, Sadeh Beysen, Hiroshi Kobayashi
  • 雑誌名: 5 th International Symposium on Metallic Multilayers
• [雑誌論文] Magnetization Chirality Due to Asymmetrical Structure in Ni-Fe Annular Dots for High-density Memory Cells (2004)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Nakatani, Tetsuo Yoshida, Yasushi Endo, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto, Takashi Takenaga, Sunao Aya, Takeharu Kuroiwa, Sadeh Beysen, Hiroshi Kobayashi
  • 雑誌名: J.Appl. Phys 95・11 ページ: 6714-6716
  • NAID: 120002070265
• [雑誌論文] Binary Logic Gates by Ferromagnetic Nanodots : Toward Spin Computing (2004)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Yamamoto, S.Anisul Haque, Ryoichi Nakatani, Yasushi Endo
  • 雑誌名: International Symposium on Advanced Structural and Functional Materials Design ページ: 7-7
• [雑誌論文] Vortex Nucleation and Annihilation in Ni-Fe Annular Dots and Cup-shaped Dots for High-Density Memory Cells (2004)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Nakatani, Isao Sasaki, Tetsuo Yoshida, Keiichi Otaki, Yasushi Endo, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto, Takashi Takenaga, Sunao Aya, Takeharu, Kuroiwa, Sadeh Beysen, Hiroshi Kobayashi
  • 雑誌名: International Symposium on Advanced Structural and Functional Materials Design ページ: 8-8
• [雑誌論文] Magnetization Chirality of Ni-Fe and Ni-Fe/Mn-Ir Asymmetric Ring Dots for High-density Memory Cells (2004)
  • 著者名/発表者名: Isao Sasaki, Ryoichi Nakatani, Tetsuo Yoshida, Keiichi Otaki, Yasushi Endo, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto
  • 雑誌名: International Symposium on Advanced Structural and Functional Materials Design ページ: 51-51
• [雑誌論文] Structure and Magnetic Properties of Iron Nitride Films Prepared by Reactive DC Magnetron Sputtering (2004)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Ryoichi Nakatani, Yasushi Endo, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 43 ページ: 4166-4170
  • NAID: 10013317124
• [雑誌論文] 閉磁路構造を有する磁性メモリセル (2004)
  • 著者名/発表者名: 中谷亮一, 山本雅彦
  • 雑誌名: まてりあ 43・10 ページ: 845-850
  • NAID: 10013717775
• [文献書誌] Ryoichi Nakatani, Hana Asoh, Noritsugu Takahashi, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto: "Magnetic states and magnetization process in Ni-Fe sub-micron cup-shaped dots"Jpn.J.Appl.Phys.. 42・8. 5024-5029 (2003)
• [文献書誌] Ryoichi Nakatani, Tetsuo Yoshida, Yasushi Endo, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto, Takashi Takenaga, et al.: "Magnetization chirality due to asymmetrical structure in Ni-Fe annular dots for high-density memory cells"J.Appl.Phys.. 95・11(印刷中). (2004)
• [文献書誌] S.Anisul Haque, Masahiko Yamamoto, Ryoichi Nakatani, Yasushi Endo: "Magnetic logic gate for binary computing"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 79-82 (2004)
• [文献書誌] Ryoichi Nakatani, Hirotaka Yakame, Yasushi Endo, Masahiko Yamamoto: "Magnetic properties in Mn/Si-O/Si(100)-substrate systems and Mn/Si-O/Si trilayers"Jpn.J.Appl.Phys.. 42・6A. 3392-3393 (2003)
• [文献書誌] Ryoichi Nakatani, Hideo Hoshiyama, Hirotaka Yakame, Yasushi Endo, Masahiko Yamamoto: "Ferromagnetism in Mn/X/Si (X=B,BN,B_4C,SiC) trilayers"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 69-72 (2004)
• [文献書誌] Hiroshi Naganuma, Yasushi Endo, Ryoichi Nakatani, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto: "Magnetic properties of weak itinerant ferromagnetic ξ-Fe_2N film"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2(印刷中). (2004)
• [文献書誌] Hiroshi Naganuma, Ryoichi Nakatani, Yasushi Endo, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto: "Magnetic and electrical properties of iron nitride films having both amorphous matrices and nanocrystalline grains"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2(印刷中). (2004)
• [文献書誌] S.A.Haque, M.Yamamoto, R.Nakatani, Y.Endo: "Permalloy nanodots for binary logic operation"ACSIN-7. 234 (2003)