強磁性/反強磁性積層膜の微細組織・界面構造制御による巨大交換磁気異方性の導出

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350156
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 角田 匡清 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80250702)
• Keywords: 交換磁気異方性 / スピンバルブ / 磁性薄膜 / 反強磁性 / マンガンイリジウム合金 / エピタキシャル成長 / 一方向磁気異方性

Research Abstract

超清浄雰囲気スパッタ法で熱酸化膜付きSi基板ならびにMgO{001}単結晶基板上へSub./U.L./Mn-Ir/Co-Fe積層膜を作製しその交換磁気異方性について検討を行った。積層膜の単結晶化を意図し、MgO上への成長には基板とMn-Irの格子定数を考慮し、下地層(U.L.)として種々の合金単層膜ならびに積層膜を用いた。下地層材料ならびに印加基板バイアス等の成膜条件を詳細に検討した結果、基板バイアス印加を行わずに形成したCu200Å単層膜下地層の場合にもっともMn-Ir(002)からの回折線強度が増大し、良好なエピタキシャル成長が実現されることが判った。熱酸化膜付きSi基板上に作成したMn-Ir/Co-Fe積層膜は、基板面に平行に(111)面が配向した膜面内無配向の多結晶膜となった。多結晶積層膜において強磁性Co-Fe層の組成を変化させた結果、300℃の熱処理後の積層膜の交換磁気異方性は、強磁性層組成依存性を示すことが明らかとなった。一方向異方性定数(J_K)は、Fe濃度30〜40at%付近において、0.5erg/cm^2を超える値を示した。また、熱処理温度を変化させた検討から、Mn-Ir層厚100Åの積層膜においては、J_Kの値は、熱処理温度400℃まで上昇し0.6erg/cm^2を超える値を示した。この値はこれまでに報告された積層膜の組み合わせすべてに比較して最も大きな値である。今後は、(110),(111)等結晶面配向の異なるエピタキシャル積層膜を作成し、多結晶積層膜の結果との比較から、交換磁気異方性に及ぼす結晶配向面影響等について検討を行う。

Research Products

• [Publications] Masakiyo Tsunoda: "Extra large unidirectional anisotropy constant of Co-Fe/Mn-Ir bilayers with ultra-thin antiferromagnetic layer"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 239. 182-184 (2002)
• [Publications] Masakiyo Tsunoda: "Exchange anisotropy of ferromagnetic/antiferromagnetic bilayers : intrinsic anisotropy of antiferromagnetic layer and single spin ensemble model"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 239. 149-153 (2002)
• [Publications] Takashi Sato: "Correlation between the exchange bias and the degree of ordering of antiferromagnetic layer in PtMn/Co-Fe bilayers"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 240. 277-279 (2002)
• [Publications] M.Tsunoda: "Magnetic Anisotropy of Antiferromagnet in Exchange Coupled Ni-Fe/Mn-Ni Epitaxial Bilayers"physica status solidi (a). 189(2). 449-457 (2002)
• [Publications] Masakiyo Tsunoda: "Exchange Anisotropy of Polycrystalline Ferromagnetic/Antiferromagnetic Bilayers"Journal of Magnetics. 7(3). 80-93 (2002)
• [Publications] Migaku Takahashi: "Magnetic anisotropy of antiferromagnet and its role on the exchange bias in ferromagnetic/antiferromagnetic bilayers"JOURNAL OF PHYSICS D : APPLIED PHYSICS. 35. 2365-2376 (2002)