| 研究課題/領域番号 |
20J20952
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
松本 啓岐 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| キーワード | 磁気弾性効果 / 磁気異方性 / 人工反強磁性体 / 表面弾性波 / 非相反 |
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| 研究実績の概要 |
磁気弾性効果に基づき二軸引っ張りひずみを検出するフレキシブルセンサを作製した。素子は主にコバルトとパラジウムを用いた巨大磁気抵抗素子となっており、ピン層の磁化は面直方向に固定されている。フリー層コバルトの磁化は面内を向いているが、これに二軸引っ張り応力を印加することで、垂直磁気異方性が印加され、磁化が面直方向を向くようになる。これに伴い、巨大磁気抵抗効果から抵抗が大きく変化する。実験では、ひずみを変化させながら磁気抵抗曲線を測定し、フリー層磁化の面内面直スイッチングを示した。また、ゼロ磁場における抵抗値のひずみ量依存性から、このデバイスがひずみセンサとして機能することを示した。二軸引っ張りひずみは面直方向への圧縮ひずみと置き換えられることから、同デバイスは感圧センサとして利用できると考えられる。
また、強誘電体基板上へくし形電極を作製した表面弾性波デバイスの遅延線上に、コバルト鉄ホウ素とルテニウムから成る人工反強磁性体を作製し、磁場を掃引しながら1.4GHzの表面弾性波の透過特性を測定した。その結果、スピン波の励起に伴う鋭い吸収ピークが観測された。さらに、表面弾性波の進行方向を逆転させると、吸収ピークの深さが大きく変化した。これは、人工反強磁性体のスピン波が持つ非相反性を反映した結果であり、表面弾性波の非相反の大きさは最大で37dB/mmとなった（過去に報告されているものでは最も大きな値の一つ）。さらに、ルテニウム膜厚の異なるデバイスについて測定を行い、反強磁性結合が強いほど非相反が大きくなることを実験的に示した。この結果は、人工反強磁性体を利用した表面弾性波サーキュレーターやアイソレーターの実現に向けて重要な知見をもたらしたと言える。
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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
二軸引っ張りひずみという新規手法を利用して、磁気弾性効果に基づくセンサを作製することができた。従来の一軸引っ張りひずみという手法から、ひずみの大きさや方向を検出するひずみセンサが生まれたのに対して、今回作製したデバイスは感圧センサとして全く異なる形で応用されることが期待される。
また、人工反強磁性体における表面弾性波の非相反伝搬については、先行研究と比較しても過去最高水準の大きさの非相反が生じており、サーキュレーターやアイソレーターへの応用が期待できる。また、非磁性層の膜厚を変えて強磁性層どうしの交換結合を制御し、非相反の大きさが交換結合に依存することを示した。これは、表面弾性波とスピン波が結合した系における、反強磁性的な交換相互作用の影響を調べた初めての報告として学術的にも価値がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
一軸および二軸引っ張りひずみによる反強磁性体薄膜の磁気異方性の変化を調べる。反強磁性体においても強磁性体と同様に異方的磁気抵抗効果が生じることを利用して、ひずみを加えた前後での抵抗値変化からスピン方向の変化を調べる。ひずみによる形状変化から生じる抵抗変化を差し引くことで、スピン方向の変化による抵抗値の変化を検出する。
また、人工反強磁性体における表面弾性波とスピン波の結合についての研究も今後さらに発展させていく。結合定数が磁性層間交換相互作用の大きさにどのように依存するかを調べ、表面弾性波とスピン波における強結合条件を満たす構造の発見を目指す。
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