2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study on the magnetization dynamics of ultra-thin magnetic films using a newly proposed high-frequency magnetization measurement technique
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17H03226
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
遠藤 恭 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50335379)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮崎 孝道 東北大学, 工学研究科, 技術一般職員 (20422090)
室賀 翔 秋田大学, 理工学研究科, 特任講師 (60633378)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電子・電気材料 / スピントロニクス / 磁性超薄膜 / 金属物性 / 高周波磁気計測 / ダンピング定数 / 磁気ひずみ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、新規省エネ型スピントロニクスデバイスの基本要素パラメータである磁性超薄膜の磁化ダイナミクスに着目して、その新規計測技術の構築と、その計測技術を用いた磁性超薄膜における磁化ダイナミクスのメカニズム解明を行うことを目的としている。本年度の実績は以下の通りである。
1．開発した新規計測技術による磁性材料適用範囲と、磁化ダイナミクスの膜面内分布について検討した。本計測技術による材料適用範囲については、昨年度のFe基軟磁性合金薄膜に加えて、Fe-Ga薄膜およびYIG薄膜における飽和磁気ひずみを評価したところ、従来の光てこ法により得られた値と同程度の値が得られた。したがって、本計測技術が妥当であることが確認できた。YIG膜におけるダンピング定数に関しては、本計測技術での外部磁界が不十分のため、通常のブロードバンドFMR測定に比べてスペクトル数が得られないことがわかった。また、磁化ダイナミクスの膜面内分布に関しては、50 nm厚のアモルファスCo-Zr-Nb薄膜における磁気ひずみの膜面内分布を、開発した新規計測技術により評価した。測定位置に関係なく、磁気ひずみの値は－3.6 ppm程度であった。また、今回得られた結果において応力無負荷時のFMRスペクトルを用いれば，ダンピング定数の膜面内分布測定が可能である。
2．磁性合金超薄膜におけるダンピング定数と飽和磁気ひずみの相関に関しては、10 nm厚のFe-Si合金薄膜を対象として開発した本計測技術を用いて検討した。ゼロ磁気ひずみ近傍の18 at.%のSi組成を境にして、正の飽和磁気ひずみを有する18 at.%以下のSi組成域では、ダンピング定数と飽和磁気ひずみのSi組成に対する傾向が類似した。この結果は、Ni-Fe合金薄膜の場合と一致しており、Fe基軟磁性合金薄膜ではダンピング定数と飽和磁気ひずみとに相関があることを表している。
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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
本年度は「新規計測技術の更なる妥当性の検討とマッピング測定評価」と「その計測技術を用いた磁性超薄膜における磁化ダイナミクスのメカニズム解明」に関して検討した。まず、妥当性の検討とマッピングに関しては、材料適用範囲の確認ができ、装置の改造が必要な点が明確となり、その一方で、マッピング計測が可能であることを検証できた。また、従来から主張してきたダンピング定数と飽和磁気ひずみの相関に関して、Ni-Feに加えて10 nm厚のFe-Si合金磁性薄膜についても、これらのパラメータの相関関係を確認できた。以上に示した結果から、本年度の研究計画はおおむね順調に遂行できていると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発した新規計測技術に関しては、Fe系に加えてCo系アモルファスおよび金属合金磁性超薄膜を測定対象として、さらに本計測技術による材料適用範囲を確認する。また、新規計測技術を用いた磁性超薄膜における磁化ダイナミクスのメカニズム解明に関しては、巨大磁気ひずみを有するFe-GaやFe-Coといった他の合金薄膜についても検討する。
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