Nitride-based spintronics materials for ultrafast current-induced domain wall motion

本研究では、これまでNiやCo等の遷移金属不純物をMn4Nにドープした薄膜を形成し、磁化補償組成近傍において、超高速の電流駆動磁壁移動を達成してきた。R4年度は、非磁性元素である金(Au)やスズ(Sn)をドーピングしたMn4N膜(厚さ約10nm)を分子線エピタキシー法により、チタン酸ストロンチウム基板上にエピタキシャル成長し、磁気輸送特性およびX線磁気円二色性(XMCD)測定結果から磁化補償の可能性について検討した。室温での磁気輸送特性の測定から、AuをドープしたMn(4-x)Au(x)Nでは、Anの組成x=0.1と0.2の間で、異常ホール角の符号が反転した。また、SnをドープしたMn(4-y)Sn(x)Nでは、y=0.5と0.7で、さらに、y=0.7と1.0の間で、異常ホール角の符号が反転した。第一原理計算から、Mn4Nでは、面心サイトのMn原子がフェルミ準位での状態密度をほぼ占有するため、MこのMn原子が電気伝導を支配すると考えられる。このため、異常ホール角の符号反転は、少なくとも、面心サイトのMnの磁気モーメントが反転したことを示唆している。しかし、角サイトのMn原子の磁気モーメントについては情報が得られないため、角および面心サイトのMn原子について、磁気モーメントの方向を確認するためXMCD測定を室温で行った。一方、Mn(4-y)Sn(x)Nでは、測定時に印加できる磁場では磁化が飽和しないため、測定には至らなかった。測定の結果、AuをドープしたMn(4-x)Au(x)Nでは、Anの組成x=0.1と0.2の間で、角サイトのMn原子の磁気モーメントの方向は変わらないが、面心サイトのMnの磁気モーメントが反転し、角サイトのMn原子のそれと平行になることが分かった。このことは、非磁性元素のドープにもかかわらず、強磁性的な振る舞いに変化したことを示す結果であり、大変興味深い。

本研究では、これまでNiやCo等の遷移金属不純物をMn4Nにドープした薄膜を形成し、磁化補償組成近傍において、超高速の電流駆動磁壁移動を達成してきた。R4年度は、非磁性元素である金(Au)やスズ(Sn)をドーピングしたMn4N膜(厚さ約10nm)を分子線エピタキシー法により、チタン酸ストロンチウム基板上にエピタキシャル成長し、磁気輸送特性およびX線磁気円二色性(XMCD)測定結果から磁化補償の可能性について検討した。室温での磁気輸送特性の測定から、AuをドープしたMn(4-x)Au(x)Nでは、Anの組成x=0.1と0.2の間で、異常ホール角の符号が反転した。また、SnをドープしたMn(4-y)Sn(x)Nでは、y=0.5と0.7で、さらに、y=0.7と1.0の間で、異常ホール角の符号が反転した。第一原理計算から、Mn4Nでは、面心サイトのMn原子がフェルミ準位での状態密度をほぼ占有するため、MこのMn原子が電気伝導を支配すると考えられる。このため、異常ホール角の符号反転は、少なくとも、面心サイトのMnの磁気モーメントが反転したことを示唆している。しかし、角サイトのMn原子の磁気モーメントについては情報が得られないため、角および面心サイトのMn原子について、磁気モーメントの方向を確認するためXMCD測定を室温で行った。一方、Mn(4-y)Sn(x)Nでは、測定時に印加できる磁場では磁化が飽和しないため、測定には至らなかった。測定の結果、AuをドープしたMn(4-x)Au(x)Nでは、Anの組成x=0.1と0.2の間で、角サイトのMn原子の磁気モーメントの方向は変わらないが、面心サイトのMnの磁気モーメントが反転し、角サイトのMn原子のそれと平行になることが分かった。このことは、非磁性元素のドープにもかかわらず、強磁性的な振る舞いに変化したことを示す結果であり、大変興味深い。