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金属多層膜における反対称交換相互作用(ジャロシンスキー守谷相互作用)の電圧制御

研究課題

研究課題/領域番号 16J05624
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
研究機関大阪大学

研究代表者

縄岡 孝平  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2016年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードスピントロニクス / スピン軌道相互作用 / 電圧効果 / 磁気ランダムアクセスメモリ / 磁性体 / 金属 / スピン起動相互作用 / 反対称交換相互作用(DMI)
研究実績の概要

磁性電圧変調は固体磁気メモリ(MRAM)の低消費電力化に重要である。中でも金属磁性多層膜はナノメートルサイズでの膜制御並び微細加工が可能であるため、精力的に電圧変調に関する研究が行われている。これまで報告者はマルチフェロイクス材料などの研究を通し大きな電圧変調が得られる効果であることが示唆されていた、ジャロシンスキー守谷相互作用(DMI)の電圧変調を金属磁性多層膜Au/Fe/MgO系において世界に先駆けて成功した。しかし、その電圧変調量は1 Vあたり40 nJ/m^2と例えば非電圧印可時に金属磁性多層膜で報告されている1 mJ/m^2と比較しても非常に小さい。そこで申請者はこの課題に対し、DMIの電圧変調量を大きくすること、そしてDMIの発現及びその電圧変調の物理を解明することを目的とし、研究を進めてきた。
報告者は当初、金属磁性薄膜における界面DMIの先行研究例を参考にし、Feの下地材料を最適化することで、界面DMIの電圧変調量の増大の実現を考えていた。しかし、金属に対し電界は絶縁層(MgO)と接している、僅か一原子層程度にのみ印可されることを考慮し、電界が印可される界面の材料を最適化した。具体的にはV/Fe/MgOのFeとMgOの界面にスピン起動相互作用が大きいPtを1原子層挿入することで界面DMIの電圧変調量の増大を目指した。結果としてPtを1原子層挿入することで3倍の界面DMIの電圧変調量が得られた。また報告者はP挿入層の膜厚依存性を精査し、Pt1原子層が最も効果を増大させることを明らかにしてきた。さらにこの効果はFeの膜厚、MgOの膜厚を調整することで1 mJ/m^2を上回る非常に大きな効果になりえることも明らかにした。このように当初計画していた薄膜作成案とは異なるが、それから予期されるものよりも非常に大きな界面DMIの電圧変調を得られることを示してきた。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2017 2016

すべて 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [学会発表] Pt layer thickness dependence of voltage induced interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction change in Fe|Pt|MgO junction2017

    • 著者名/発表者名
      Kohei NAWAOKA1、Jaehun Cho1、Minori Goto1,2、Eiiti Tamura1、Shinji Miwa1,2、Yoshishige Suzuki1,2,3,4 (1.Osaka Univ.、2.CSRN、3.NIMS、4.AIST)
    • 学会等名
      第78 回応用物理学会秋季学術講演
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] "Enhancement of voltage induced interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction at Fe|MgO by one monolayer insertion of Pt"2017

    • 著者名/発表者名
      縄岡孝平
    • 学会等名
      平成28年度「ナノスピン変換科学」年次報告会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都、目黒区)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Fe|Pt|MgO界面ジャロシンスキー守谷相互作用の電圧変調におけるPt膜厚依存2017

    • 著者名/発表者名
      縄岡孝平
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府・豊中市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Voltage induction of the interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction at Fe|MgO2016

    • 著者名/発表者名
      縄岡孝平
    • 学会等名
      関西若手ワークショップ
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府・豊中市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Fe|MgO界面ジャロシンスキー守谷相互作用の電圧変調に対するPt単原子層挿入効果2016

    • 著者名/発表者名
      縄岡孝平
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 電圧印加によるFe(001)薄膜における表面静磁波(MSSW)の制御-磁気異方性と反対称交換相互作用の電界効果-2016

    • 著者名/発表者名
      縄岡孝平
    • 学会等名
      第11回フォト・マグノニクス技術調査専門委員会 「マグノニクス機能性材料における準粒子協調現象~マグノン・フォノン・プラズモンの機能性材料開発の先端~」
    • 発表場所
      日本大学(東京都・千代田区)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Enhancement of voltage induced interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction at Fe|MgO by one monolayer insertion of Pt2016

    • 著者名/発表者名
      縄岡孝平
    • 学会等名
      The 2nd ImPACT International Symposium on Sprintronic Memory, Circuit and Storage
    • 発表場所
      Tsukuba International Congress Center(茨城県・つくば市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhancement of voltage induced interfacial Dzyaloshinskii- Moriya interaction at Fe|MgO by one monolayer insertion of Pt2016

    • 著者名/発表者名
      縄岡孝平
    • 学会等名
      MMM2016(the 61st Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials)
    • 発表場所
      New Orleans (United State of America)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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