2017 Fiscal Year Research-status Report
垂直磁気異方性を有する磁気トンネル接合膜の磁気スイッチングに寄与する電子状態
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15K05978
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
櫻井 浩 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80251122)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 磁気スイッチング / 軌道磁気モーメント / スピン磁気モーメント / 磁気コンプトン散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は垂直磁気異方性を有するCoFeB/MgOなど磁気トンネル接合膜の磁気スイッチングに寄与する電子状態を明らかにすることである。具体的には
①磁気スイッチングにおけるスピン磁気モーメントと軌道磁気モーメント寄与の解明
②スピン磁気モーメント・軌道磁気モーメントの磁気スイッチングとそれに寄与する波動関数の対称性との関連の解明
について研究を行う。
平成27年度では熱処理による固体エピタキシーによって結晶成長制御したCoFeB(002)/MgO(002)多層膜、アモルファス層CoFeB単層膜の比較評価を行った。平成28年度では新たにアモルファスCoFeB/MgO(002)多層膜、結晶化したCoFeB(110)単層膜を作製し、４つの試料を比較してCoFeB/MgO界面の効果、CoFeB層の結晶化の効果を比較することとした。平成29年度はTa/CoFeB/MgO/CoFeB磁気トンネル接合多層膜、Ta/CoFeB多層膜を作製した。
これらの試料についてスピン選択磁化(Spin Selective Magnetic Hysteresis:SSMH)曲線、軌道選択磁化（Orbital selective Magnetic Hysteresis: OSMH)曲線を測定した。さらに磁気量子数選択的SSMH曲線を求めた。その結果、CoFeB/MgO界面あるいはCoFeB/Ta界面においてスピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの磁化反転挙動は異なっており、軌道磁気モーメントが垂直磁気異方性的挙動を示すことがわかった。一方、軌道磁気モーメントの磁化反転挙動を支配しているのは、CoFeB/MgO界面では磁気量子数|m|=2の対称性CoFeB/Ta界面では磁気量子数|m|=1の対称を有する電子軌道であることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
①磁気スイッチングにおけるスピン磁気モーメントと軌道磁気モーメント寄与の解明においては、CoFeB/MgO界面およびCoFeB/Ta界面においてスピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの磁化反転挙動は異なっており、軌道磁気モーメントが垂直磁気異方性的挙動を示すことを明らかにすることができた。
②スピン磁気モーメント・軌道磁気モーメントの磁気スイッチングとそれに寄与する波動関数の対称性との関連の解明においては、垂直磁気異方性を付与する軌道磁気モーメントの磁化反転挙動を支配しているのは、CoFeB/MgO界面では磁気量子数|m|=2の対称性、CoFeB/Ta界面では磁気量子数|m|=1の対称性を有する電子軌道であることを明らかにした。
以上から概ね目標は達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
なお、今後は、最近研究成果が得られたTa/CoFeB/MgO/CoFeB磁気トンネル接合におけるCoFeB/MgO界面とCoFeB/Ta界面の磁化反転挙動の違いについて至急論文発表を進めると同時に、Ta/CoFeB/MgO/CoFeB磁気トンネル接合における磁気スイッチング挙動の温度変化等を測定し、軌道磁気モーメントあるいは特定の対称性を有する軌道を制御することで磁気スイッチングを制御する手法について検討していく。
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| Causes of Carryover |
当初計画より順調に実験が進んだため、次年度使用額に差額が生じた。一方、至急発表すべき成果が得られつつあるため、差額を成果報告等に使用する。具体的にはTa/CoFeB/MgO/CoFeB磁気トンネル接合におけるCoFeB/MgO界面とCoFeB/Ta界面の磁化反転挙動の違いについて至急論文発表を進めると同時に、Ta/CoFeB/MgO/CoFeB磁気トンネル接合における磁気スイッチング挙動の温度変化等を測定し、軌道磁気モーメントあるいは特定の対称性を有する軌道を制御することで磁気スイッチングを制御する手法について検討していく必要がある。
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[Journal Article] Visualizing redox orbitals and their potentials in advanced lithium-ion battery materials using high-resolution x-ray Compton scattering2017
Author(s)
Hasnain Hafiz, Kosuke Suzuki, Bernardo Barbiellini, Yuki Orikasa, Vincent Callewaert, Staszek Kaprzyk, Masayoshi Itou, Kentaro Yamamoto, Ryota Yamada, Yoshiharu Uchimoto,Yoshiharu Sakurai,Hiroshi Sakurai, Arun Bansil
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Journal Title
Sci. Adv.
Volume: 3
Pages: e1700971
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Spin density in YTiO3: I. Joint refinement of polarized neutron diffraction and magnetic x-ray diffraction data leading to insights into orbital ordering2017
Author(s)
I. A. Kibalin, Z. Yan, A. B. Voufack, S. Gueddida, B. Gillon, A. Gukasov, F. Porcher, A. M. Bataille, F. Morini, N. Claiser, M. Souhassou, C. Lecomte, J.-M. Gillet, M. Ito, K. Suzuki, H. Sakurai, Y. Sakurai, C. M. Hoffmann and X. P. Wang
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 96
Pages: 054426
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Strongly Correlated Electronic Structure in Battery Materials Studied by Compton Scattering Spectroscopy2017
Author(s)
K. Suzuki, B. Barbiellini, H. Hafiz, R. Yamada, Y. Orikasa, V. Callewaert, S. Kaprzyk, M. Itou, K. Yamamoto, Y. J. Wang, Y. Uchimoto, A. Bansil, Y. Sakurai, and H. Sakurai
Organizer
7th Annual World Congress of Nano Science and Technology 2017
Int'l Joint Research
