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強磁性トンネル接合を用いた革新的線形出力型高感度磁気センサの実現

使用铁磁隧道结实现创新的线性输出型高灵敏度磁传感器

基本信息

批准号：
19J20330
负责人：
小笠原貴大
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J20330/
关键词：
磁気センサ強磁性トンネル接合磁気異方性

项目摘要

本年度の「強磁性トンネル接合を用いた革新的線形出力型高感度磁気センサの実現」の研究プロジェクトにかかわる成果は主に以下の２点である。１、非線形性の起源を物理的に明らかにしたEVバッテリーの検知システムなどに応用可能な，高感度な線形出力型トンネル磁気抵抗 (MTJ) センサは３つの性能（１.広範囲ダイナミックレンジ，２.高感度，３.高精度）を必要とするが、高精度を実現するための、「センサ出力の非線形性低減」の手法のみが未開発であり，応用上の大きな障壁となっていた。本研究では，MTJを構成するおよそ１０種類の多層膜構造を最適化することにより、良質なMTJセンサを作製した。また、作製したMTJセンサ試料を用いて、強磁性自由層の磁気特性と非線形性の関係を系統的に調べた。実験結果からは，強磁性層の二次の磁気異方性（Hk2）の減少により、非線形性が小さくなることを確認し、さらに、一斉磁化回転モデルにHk2を取り入れることで、トンネルコンダクタンスの非線形性を定量的に記述できることを示した。加えて本論文で考案したモデルは、実験で観測された、Hk2と非線形性の関係を説明できることを実証した。２、二次の磁気異方性を膜厚により変化させることに成功した非線形性を制御可能な二次の磁気異方性はこれまで系統的に研究された例が少なく、どのように制御するのかが未解明であった。本研究では強磁性体にスピントロニクスで広く用いられるCoFeB薄膜を用い、膜厚を変化させ際の強磁性共鳴の共鳴磁場を分析することにより二次の磁気異方性の応答を調べた。結果的に膜厚により二次の磁気異方性が数１０％程度変化できることが観測された。物理的な機構はまだ解明できていないが、界面による電子状態の変化などをさらに調べる必要がある。

This year's research on "Implementation of an innovative linear output type high sensitivity magnetic sensor for ferromagnetic junction applications" has resulted in the following two main points: 1, non-linear and physical origin of the light, light,(1. High sensitivity, 2. High accuracy) is necessary to achieve high accuracy, and the method of "non-linear reduction of output force" is not developed. In this study, the structure of MTJ is optimized for 10 kinds of multilayer films, and the structure of MTJ with good quality is optimized. The relationship between the magnetic properties and the nonlinearity of the ferromagnetic free layer is systematically adjusted. As a result, the reduction of the secondary magnetic anisotropy (Hk2) of the ferromagnetic layer is confirmed, and the nonlinearity is reduced. In addition, the magnetization of the ferromagnetic layer is reduced, and the nonlinearity is quantitatively described. In addition, this paper discusses the relationship between Hk2 and non-linearity. 2. The study of the secondary magnetic anisotropy film thickness has not been solved successfully. In this study, we analyzed the resonance magnetic field of ferromagnetic resonance when the thickness of CoFeB thin films changed, and tuned the resonance magnetic field of ferromagnetic materials. As a result, the thickness of the film changed to 10% of the secondary magnetic anisotropy. Physical mechanisms are necessary for understanding and adjusting electronic states at interfaces.