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

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。

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。