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磁気トルクロス解析による強磁性/反強磁性積層膜の交換磁気異方性発現機構の解明

使用磁扭矩损失分析阐明铁磁/反铁磁堆叠薄膜中交换磁各向异性的机制

基本信息

批准号：
11750248
负责人：
角田匡清
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

スピンバルブ型GMR薄膜に不可欠な界面物理事象の一つである、強磁性層/反強磁性層積層膜の交換磁気異方性は、その発現メカニズムが完全に理解されているとは言いがたい状況にある。1956年の現象の発見以来、定性的なモデルとして用いられてきたMeiklejohnのSingle spin model(SSM)による実験結果の説明は十分でなく、現象理解の大きな壁であった。本研究では、磁気トルクロス解析を中心として、積層膜の微細構造と交換磁気異方性との相関について詳細に検討を行い、交換磁気異方性発現のメカニズム解明を図ることを目的とした。超清浄雰囲気スパッタ法を用いて、反強磁性層厚を変化させたNi-Fe/Mn-Ir積層膜を作製し、その微細構造評価ならびに磁気トルク曲線の印加磁界に対する変化を測定した。X線回折法による構造解析の結果、積層膜構造が設計通りによく制御されていることが判った。積層膜断面像および平面像の電子顕微鏡観察結果からは、積層膜が多結晶構造を有し、膜面に対して強く(111)配向し、膜面内に対してはランダムな配向を有するシートテクスチャであることが判った。磁気トルク曲線の測定結果と、SSMによる計算結果とは、定性的に良く一致するものの、反強磁性層厚が臨界膜厚以下の場合には、高印加磁界下において、回転ヒステリシス損失が、印加磁界依存性を持たず、計算結果との不一致を示した。これは、SSMで仮定している反強磁性層膜全体にわたるマクロな一軸磁気異方性に起因しており、反強磁性粒子の結晶磁気異方性が膜面内にランダムな方向を向いて分散している状態を取り入れたSingle spin ensemble model(SSEM)によって説明が可能であることを明らかとした。SSEMに従えば、磁界中冷却による交換磁気異方性の可逆的方向制御のメカニズムが、薄膜微細構造の変化を伴わずに説明可能であり、経験的に良く知られた実験事実と相容れることが明らかとなった。

A complete understanding of the physical behavior of the interface between the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer stack film is presented. Since the discovery of the phenomenon in 1956, qualitative analysis has been carried out on the Meiklejohn Single Spin Model(SSM). In this study, the micro-structure of multilayer films and the correlation between magnetic anisotropy and magnetic anisotropy are discussed in detail. The ultra-clear magnetic field method was used to determine the thickness of the antiferromagnetic layer, the formation of Ni-Fe/Mn-Ir multilayer films, and the microstructure evaluation of the magnetic field. The results of structural analysis by X-ray reflection method and multilayer film structure design are analyzed. The results of electron microscopy of the multilayer film cross section image and plane image show that the multilayer film has a polycrystalline structure, the film surface has a strong (111) alignment, and the film surface has a strong alignment. The measurement results of magnetic curves and SSM calculation results are consistent with each other qualitatively, and the results of calculation are inconsistent with each other when the antiferromagnetic layer thickness is below the critical film thickness. The antiferromagnetic layer film as a whole is stable and the crystal magnetic anisotropy of the antiferromagnetic particles is dispersed in the film plane. SSEM, magnetic field cooling, reversible direction control, thin film fine structure, accompanying explanation, good understanding, compatibility, etc.