| 研究課題/領域番号 |
18H03787
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
高橋 有紀子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (50421392)
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| 研究分担者 |
葛西 伸哉 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 主幹研究員 (20378855)
山路 俊樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30432355)
王 建 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 若手国際研究センター, ICYS研究員 (80792069)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 垂直磁化膜 / 磁化反転 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、1～10 nmの垂直磁化膜において外部からのアシストエネルギーを効率よく磁化反転に結び付けることを目的としている。そのために、超高速分光技術を用いた磁化の動的評価手法を駆使して各種エネルギーアシストによる磁化の動的挙動を明らかにし、その知見を材料選択および超薄膜ヘテロ構造の設計へフィードバックする。ここでは、バルク磁気異方性の高い材料、界面誘導磁気異方性による垂直磁化膜、新規垂直異方性材料の3つの材料系について、フェムト秒レーザーを用いた超高速分光法により磁化の動的挙動を解明し、クリティカルダンピングを実現するための材料パラメータを計算により導き出す。本年度は、下記３つの項目について以下の結果を得た。
(1)磁化の時間分解測定：バルク磁気異方性の高い材料としてFePt連続膜、界面誘導磁気異方性を示すCoFeB/MgO垂直磁化膜の時間分解磁化測定を行った。それぞれに最適なアシスト条件があることが明らかになった。
(2)測定系の構築：電流・電圧印加状態で測定を可能にするための測定系および交換結合モードの歳差運動を観測するための微小領域での分光測定の構築を行った。
(3)エネルギーアシスト磁化反転：円偏光アシストによる磁化反転では、反強磁性的な交換結合を利用すればシングルパルスで磁化反転する可能性がある。そこで、GdFeCo/Ru/CoPt多層膜において、Ru膜厚を変化させることにより交換結合を変化させた系で検討を行った。その結果、磁化反転確率が反強磁性的結合の強さに依存することが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
昨年度予定した項目の検討はほぼ終わった。反強磁性的な結合を利用することにより、円偏光誘起による磁化反転確率が大幅に増加するなど、予定以上の結果が得られている。また、フェリ磁性体であるTbFeと交換結合させたFePt薄膜においても磁気像では磁化反転がアシストされている結果が得られている。以上より、全体としての進捗はおおむね順調と考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
((1)磁化の時間分解測定：熱エネルギー印加時の磁化ダイナミクス計測を行うために、加熱チャンバーを設置する。キュリー点付近まで酸化させずにサンプルの温度を上げるために真空中での測定が可能なものにする。チャンバー設置後に光路調整を行い、様々な励起条件下での磁化歳差運動をもとに磁化反転過程の検討を行う。
(2)測定系の構築：昨年度に引き続き電流・電圧印加状態で測定を可能にするための測定系および交換結合モードの歳差運動を観測するための微小領域での分光測定の構築を行う。
(3)エネルギーアシスト磁化反転：昨年度の円偏光アシスト磁化反転実験の結果、GdFeCo/Ru/CoPtの交換結合系で磁化反転がアシストされることが明らかとなった。本年度は、その定量評価と交換結合磁界と反転割合の相関より反転メカニズムの解明を行う。定量評価は、ホールクロスを微細加工により準備し、円偏光照射前後での異常ホール電圧の変化を測定することにより行う。異常ホール効果は磁化のz軸成分に対応するため、垂直磁化膜の磁化変化をとらえることができる。また、フェリ磁性体であるTbFeと交換結合させたFePt薄膜においても磁気像では磁化反転がアシストされている結果が得られている。今年度は上記と同じ方法で定量測定を行うと同時に、さらに高い異方性を持つ規則度の高いFePt膜についても検討を行う。FePt系については、スペーサ層の結晶構造の違いのため反強磁性的結合を調整する材料選択が非常に重要となる。アモルファスを中心に材料選択を行う。
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