バンドエンジニアリングを通した磁気異方性電界制御の高効率化の研究

• 研究課題/領域番号: 18J10734
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 平井 孝昌 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 電界効果 / スピントロニクス / 磁気異方性 / 交換バイアス / スピン軌道相互作用

研究実績の概要

強磁性超薄膜材料/絶縁層/対向電極の3層キャパシタ構造において、絶縁層を介して材料表面に電界を印加することで材料の磁性を変調・制御できることが知られている。本研究の目的は、磁性層/絶縁層の界面状態をエンジニアリングすることで、磁性の電界効果の増強を狙うとともに、新たな磁性制御の可能性を見出すことにある。
本年度は、前年度に引き続き強磁性金属コバルト層と酸化物絶縁層界面に重金属である白金を挿入した構造において、材料の磁化方向を決定するパラメータである磁気異方性の電界制御の調査を行った。数原子層の白金を挿入することで、磁気異方性の電界制御効率の増強と低温における効率の急上昇を観測することができた。また、効率は白金膜厚に敏感であることも明らかにした。これは一般的な強磁性金属電極では報告されていない現象である。さらに、硬X線を用いた分光測定から、白金内部に誘起された磁気モーメントが電界制御効率に強く関連することを示唆する結果も得た。
一方、磁性層に表面自然酸化させたコバルト超薄膜を用い、低温にて生じる交換バイアス効果の電界制御も試みた。結果、マルチフェロイック系などで発現する電気磁気効果や電気化学反応などを伴わない純粋な電界効果による交換バイアスの制御の実証に成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Electric field modulation of exchange bias at the Co/CoOx interface (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirai T.、Koyama T.、Chiba D.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 号: 1 ページ: 014447-014447
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.014447
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solid-state capacitor for voltage control of magnetism formed on a flexible substrate (2019)
  • 著者名/発表者名: Ochi K.、Hirai T.、Ota S.、Koyama T.、Sekitani T.、Chiba D.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 号: 11 ページ: 118003-118003
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab4de9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric-field-induced on-off switching of anomalous Ettingshausen effect in ultrathin Co films (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Nakayama、Takamasa Hirai、Jun Uzuhashi、Ryo Iguchi、Tadakatsu Ohkubo、Tomohiro Koyama、Daichi Chiba、Ken-ichi Uchida
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 12 号: 12 ページ: 123003-123003
  • DOI: 10.7567/1882-0786/ab55bb
  • NAID: 210000157544
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of magnetism by electrical charge doping or redox reactions in a surface-oxidized Co thin film with a solid-state capacitor structure (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 112 号: 12 ページ: 1224081-5
  • DOI: 10.1063/1.5020932
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric-field-induced magnetic domain writing in a Co wire (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanaka, T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 号: 5 ページ: 053005-053005
  • DOI: 10.7567/apex.11.053005
  • NAID: 210000136196
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electric field effect on magnetism in a MgO/Pd/Co system with a solid-state capacitor structure (2018)
  • 著者名/発表者名: Obinata Aya、Hirai Takamasa、Kotani Yoshinori、Toyoki Kentaro、Nakamura Tetsuya、Koyama Tomohiro、Chiba Daichi
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 8 号: 11 ページ: 115122-115122
  • DOI: 10.1063/1.5039680
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Electric-field control of perpendicular magnetic anisotropy and exchange bias in Co/CoOx/HfO2 (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 学会等名: Joint European Magnetic Symposia (JEMS) 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Electric Field Effect on Exchange Bias in Perpendicularly-Magnetized Co/CoOx System (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Mechanisms of Voltage-Induced Change in Magnetism of Pt/Co with HfO2 Dielectric Layer (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Hirai, T, Koyama, and D. Chiba
  • 学会等名: Annual Conferenece on Magnetism and Magnetic Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Extended X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy for Flexible Spintronics (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Ota, T. Hirai, T. Ina, T. Koyama, and D. Chiba
  • 学会等名: Annual Conferenece on Magnetism and Magnetic Materials
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanisms of electric field effect on magnetism in Pt/Co with solid-state gating under different fabrication condition (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 学会等名: 9th Joint European Magnetic Symposia (JEMS) 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanism of Electric Field Effect on Magnetism in Surface-Oxidized Co/Oxide Dielectric Layer (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 学会等名: 2018 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
  • 国際学会
• [学会発表] Electric field control of magnetism in surface-oxidized Co (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Electric field control of proximity-induced magnetic moment in Pd with solid-state gating (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Obinata, T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 学会等名: 10th International School and Conference on Physics and Applications of Spin Phenomena in Solids (PASPS10)
  • 国際学会
• [学会発表] Electric field effect on magnetic moment in Pd with solid-state gating (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Obinata, T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • 学会等名: 2018 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
  • 国際学会
• [備考] 電圧による局所的な磁化反転に成功～磁性細線中の磁区を利用した情報記録動作の低消費電力化に道～
  • URL: https://www.t.u-tokyo.ac.jp/foe/press/setnws_201804181652243268268536.html