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2020 年度 実績報告書

高異方性垂直磁化膜の創製と磁化反転制御

研究課題

研究課題/領域番号 18H03787
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

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)

研究分担者 磯上 慎二  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, 主任研究員 (10586853)
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, グループリーダー (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)
杉本 聡志  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, 研究員 (90812610)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード垂直磁化膜 / 磁化反転
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、次
の3つの項目について以下の結果を得た。(1)強磁場中時間分解磁気カー効果測定装置のセットアップ:FePtのように非常に高い異方性を持つ材料のTRMOKE測定を行うには異方性と同程度の強磁場が必要となる。本年度は超伝導マグネットをTRMOKE測定の光軸の中に設置することにより強磁場TRMOKE測定装置のセットアップを行った。強磁場TRMOKEを使うことにより、これまでintrinsicなダンピング評価が困難であったFePtにおいても見積もりが可能になった。(2)高温での時間分解磁気カー効果測定:昨年度までに立ち上げた高温チャンバーを用いてFePtおよびFeCo薄膜の熱エネルギーアシスト下での測定を行った。FePtは高温チャンバーで印加できる磁場では不足であったため強磁場が必要であることがわかった。FeCoについては、ダンピングの減少が見られた。(3)エネルギーアシスト磁化反転:FePtの磁化をシングルパルスで磁化反転させるために、GdFeCo/Ru/FePtを用い交換結合を利用することが有効である。反強磁性的な結合を実現するための中間層の最適化を行った。

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

エネルギーアシスト磁化反転を制御するために必要と考えられる装置の立ち上げがほぼ終了し、それらの結果から最終目的であるFePtの高効率磁化反転を実現するために必要な実験が明確になった。最終年度は測定を進めるという状況になっており、おおむね順調に進捗している。

今後の研究の推進方策

(1)強磁場高温時間分解測定:キュリー点付近での磁化ダイナミクス測定を行うために、昨年度立ち上げの終わった強磁場TRMOKEで高温での測定を可能にする。サンプルの加熱はCWレーザーで行う。
(2)層分解ダイナミクス測定:昨年度までに交換結合を利用することによりシングルパルスでCoPt薄膜の磁化反転に成功した。その磁化反転メカニズムを検討するために、層分解ダイナミクス測定を行う。
(3)エネルギーアシスト磁化反転:これまでに立ち上げの終わった時間分解磁気カー光学効果(TRMOKE)測定装置、高温TRMOKE、顕微TRMOKE、強磁場TRMOKEを用いて、様々なアシストエネルギーに対する磁化ダイナミクスの変化を測定し、高効率磁化反転を実現するための材料科学的指針を明らかにする。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Dependence of the Growth Mode in Epitaxial FePt Films on Surface Free Energy2021

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Ippei、Kubo Shoichi、Sepehri-Amin Hosein、Takahashi Yukiko K.
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 13 ページ: 16620~16627

    • DOI

      10.1021/acsami.0c22510

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interlayer exchange coupling modulated all-optical magnetic switching in synthetic ferrimagnetic heterostructures2020

    • 著者名/発表者名
      Wang Jian、Sugimoto Satoshi、Kasai Shinya、Takahashi Yukiko K
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 53 ページ: 475002~475002

    • DOI

      10.1088/1361-6463/ababd0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magneto-optical painting of heat current2020

    • 著者名/発表者名
      Wang Jian、Takahashi Yukiko K.、Uchida Ken-ichi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 ページ: 1~7

    • DOI

      10.1038/s41467-019-13799-7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spin-Resolved Contribution to Perpendicular Magnetic Anisotropy and Gilbert Damping in Interface-Engineered Fe/MgAl2O4 Heterostructures2020

    • 著者名/発表者名
      Mandal Ruma、Xiang Qingyi、Masuda Keisuke、Miura Yoshio、Sukegawa Hiroaki、Mitani Seiji、Takahashi Yukiko K.
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 14 ページ: 064027~064027

    • DOI

      10.1103/PhysRevApplied.14.064027

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of grain density in FePt-C granular thin films during initial growth2020

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Ippei、Wang Jian、Takahashi Yukiko K.、Hono Kazuhiro
    • 雑誌名

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      巻: 500 ページ: 166418~166418

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2020.166418

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laser-induced terahertz emission in Co2MnSi/Pt structure2020

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Yuta、Takahashi Yukiko、Kasai Shinya
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 13 ページ: 093003~093003

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abb1c9

  • [学会発表] Spin-Resolved Contribution to Perpendicular Magnetic Anisotropy and Gilbert Damping in Interface-Engineered Fe/MgAl2O4 Heterostructures2021

    • 著者名/発表者名
      R. Mandal, Q. Xiang, K. Masuda, Y. Miura, H. Sukegawa, S. Mitani and Y. K. Takahashi
    • 学会等名
      The 4th International Symposium for The Core Research Cluster for Spintronics
  • [学会発表] Interface-Engineered Magnetic Gilbert Damping : AN experimental and Theoretical Study in Perpendicularly Magnetized Fe/ MgAl2O4 Heterostructures2020

    • 著者名/発表者名
      R. Mandal, Q. Xiang, K. Masuda, Y. Miura, H. Sukegawa, S. Mitani and Y. K. Takahashi
    • 学会等名
      The 4th Symposium for The Core Research Cluster for Materials Science and the 3rd Symposium on International Joint Graduate Program in Materials Science
  • [学会発表] FePtグラニュラー薄膜の微細組織に及ぼす格子不整合の影響2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木一平, 高橋有紀子, 宝野和博
    • 学会等名
      第44回日本磁気学会学術講演会
  • [学会発表] FePtグラニュラー薄膜の高密度化2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木一平, 高橋有紀子, 宝野和博
    • 学会等名
      日本電子材料技術協会 第57回秋季講演大会
  • [学会発表] Terahertz emission in epitaxially grown Co2MnSi/Pt bilayer thin films2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Sasaki, Y. K. Takahashi, and S. Kasai
    • 学会等名
      The 2020 Around-the-clock Around-the-Globe Magnetics Conference-IEEE Magnetics Society
  • [学会発表] CoxFe100-x/Pt における超高速スピン流の強磁性層膜厚依存性2020

    • 著者名/発表者名
      佐々木悠太, 高橋有紀子, 葛西伸哉
    • 学会等名
      日本金属学会2020年秋期 第167回講演大会
  • [学会発表] CoxFe100-x/Ptヘテロ構造を有するテラヘルツエミッターにおける放射強度の強磁性金属層膜厚依存性2020

    • 著者名/発表者名
      佐々木悠太, 高橋有紀子, 葛西伸哉
    • 学会等名
      日本電子材料技術協会 第57回秋期講演大会
  • [学会発表] CoxFe100-x/Pt 薄膜におけるテラヘルツ時間領域分光法を用いたパルスレーザー励起スピン流の強磁性層膜厚依存性2020

    • 著者名/発表者名
      佐々木悠太, 高橋有紀子, 葛西伸哉
    • 学会等名
      第44回 日本磁気学会学術講演会
  • [産業財産権] 垂直型熱電発電素子及びこれを用いた電子機器2020

    • 発明者名
      2020
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2020-096025

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公開日: 2021-12-27  

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