高垂直磁気異方性磁界トンネル磁気抵抗素子の開発とそのスピン軌道トルクの研究

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14103
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 鈴木 和也 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (20734297)
• 研究協力者: 滝川 真弘 ; 國松 和眞 ; 今藤 由紀夫 ; Ouardi Siham
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 垂直磁気異方性 / トンネル磁気抵抗効果 / マンガン系合金 / スピン軌道トル / 電界効果 / 高周波デバイス / テラヘルツ / 反強磁性

研究成果の概要

本研究ではテラヘルツ帯域で発振可能な高周波発振/検出デバイスの実現に向けて, 10テスラ以上の垂直磁気異方性磁界を有するトンネル磁気抵抗素子の探索的開発, および, その素子構造におけるスピン軌道トルクを用いた発振アシスト方法の適用可能性を検討した. CoGa/MnGa/Mn積層構造およびCoGa/Mn積層構造を見出し, 目標値である10テスラ以上の垂直磁気異方性磁界を達成した. また, これらの新積層構造において, CoGa層からのスピン軌道トルクによる磁化反転を観測し, 発振アシスト方法として開発素子に適用可能であることを示した.

自由記述の分野

スピントロニクス

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により開発された10T以上の垂直磁気異方性磁界を有する超薄膜積層構造は、これまで報告されたことがなく、次世代スピントロニクスデバイスの基盤となる新材料・構造として期待される。そして、これらの超薄膜積層構造において、界面構造に起因した大きな垂直磁気異方性が見出されたが、今後、この起源の解明により界面磁気物理の理解が格段に進歩するため普遍的な学術的価値がある。また、テラヘルツ帯域の電磁波は次世代高速通信やセンシング、気体分子の検出などにおいて工学的価値があるため、本研究で開発されたTMR素子のさらなる高性能化により、高周波応用分野の産業技術への貢献が期待できる。