Si/Al界面のナノスケール傾斜制御と高効率スピン流生成に関する研究

Si/Al界面纳米级倾斜控制及高效自旋电流产生研究

• 批准号: 22K20359
• 负责人: 洞口 泰輔
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20359/
• 关键词: スピントロニクス; スピン渦度結合; スピントルク; 磁化ダイナミクス; スピン流

本研究の目的は電気伝導度勾配を生み出すSi-Al傾斜材料の作製、成膜・熱処理条件による傾斜制御とスピン流生成特性変化の定量化を通したスピン渦度結合の物理の解明である。本年度はSi-Al傾斜材料/強磁性体薄膜を数種類の成膜条件で作製し、スピン流生成効率を定量評価した。スパッタ圧力、成膜速度によってスピントルク効率が異なることを発見し、最大のスピントルク効率を示す条件の試料についてST-FMR法とダンピング変調法の2種類の手法で評価した。我々はどちらの手法においてもSi-Al傾斜導入によってスピントルク効率が増大する結果および、傾斜幅が小さいほどトルク効率が大きいという傾向を観測した。これにより、組成傾斜とスピン流生成の相関を強く示唆する証左を得たと言える。また、本年度は当初の予定を早めSiAl傾斜材料に対して熱処理を加える実験も遂行した。Si-Al傾斜材料/NiCu膜を成膜後に真空中(＜10^-4 Pa)にて150、250、350℃の各温度で30分熱処理を加えた後、微細加工を施しST-FMR測定を行った。その結果250℃の熱処理後の試料ではNiCuの飽和磁化が半減、300℃の熱処理では強磁性共鳴信号が全く見えないという結果となった。これは熱処理によってAl/NiCu界面での原子混合が生じ、NiCuの磁化が失われたことが原因と考えられる。このAl/NiCu界面拡散は本研究の目的であるSi/Al界面の熱処理制御とその評価の妨げになる問題である。これはプロセスの改善(成膜中アニール)、Al/NiCu界面へのバリア材料導入などの検討を行い来年度計画の「熱処理条件による傾斜構造制御」を遂行する必要があることが明らかとなった点で重要な知見である。

Purpose this study の は electric 気 伝 conductance hook with を raw み out す Si - Al tilt, film forming materials の system thermal 処 bedding conditions に よ る tilt suppression と ス ピ ン flow generated characteristics - の quantitative を tong し た ス ピ ン vorticity physical の の interpret で あ る. In this year, を types of Si-Al inclined materials/strong magnetic body films, <s:1> film-forming conditions で, <s:1> production, <s:1> flow generation efficiency を, quantitative evaluation 価 た た た. ス パ ッ タ pressure, the film speed に よ っ て ス ピ ン ト ル ク sharper rate が different な る こ と を 発 see し, maximum の ス ピ ン ト ル ク sharper rate を の す conditions in sample に つ い て ST - FMR method と ダ ン ピ ン グ - tuning method の 2 kinds の gimmick で review 価 し た. I 々 は ど ち ら の gimmick に お い て も Si - Al tilt import に よ っ て ス ピ ン ト ル ク が raised large working rate す る results お よ び, small tilt amplitude が さ い ほ ど ト ル ク が large working rate き い と い う tendency を 観 measuring し た. <s:1> れによ れによ, the composition of inclined とスピ <e:1> flow generates <s:1> related を strong く indication する to prove を たと statement える. Youdaoplaceholder0, in this year, the <s:1> originally determined を earlier めSiAl inclined materials に carried out the を て heat treatment を and える on-site investigation た carried out the た. Si - Al tilt material/NiCu membrane を film-forming に after vacuum (< 10 ^ - 4 Pa) に て 150, 250, 350 ℃ の each temperature で 30 処 Richard を plus え た, microfabrication を し ST - determination of FMR を line っ た. そ の results 250 ℃ heat の 処 Richard の after sample で は NiCu の saturation magnetization が half, 300 ℃ heat の 処 Richard で は strong magnetic resonance signal が く see all え な い と い う results と な っ た. こ れ は hot 処 Richard に よ っ て Al/NiCu interface で の atomic mixed が じ, NiCu の magnetization が lost わ れ た こ と が reason と exam え ら れ る. こ の Al/scattered は NiCu interface company, this research purpose の で あ る Si/Al interface の hot 処 Richard suppression と そ の review 価 の hinder げ に な る problem で あ る. こ れ は プ ロ セ ス の improvement (film-forming ア ニ ー ル), Al/NiCu interface へ の バ リ ア material import な ど の 検 line for を い to annual plan の "hot 処 bedding conditions に よ る inclined structure suppression" を carries out す る necessary が あ る こ と が Ming ら か と な っ た important な knowledge point で で あ る.

项目成果

Si/Al組成傾斜材料における非相反スピン変換

Si/Al成分梯度材料中的非互易自旋转换

• 发表时间: 2022
• 作者: 洞口泰輔，C. He;Z. Wen，大久保忠勝，三谷誠司， 介川裕章，藤本純治;山野井一人;松尾衛;能崎幸雄
• 通讯作者: 能崎幸雄

Spin Torque Generation using Si/Al Compositional Gradient Material

使用 Si/Al 成分梯度材料生成自旋扭矩

• 发表时间: 2023
• 作者: T. Horaguchi;C. He;Z. Wen;T. Ohkubo;K. Hono;S. Mitani; H. Sukegawa;J. Fujimoto;K. Yamanoi;M. Matsuo;and Y. Nozaki
• 通讯作者: and Y. Nozaki

ST-FMR 測定における周波数依存アーティファクト

ST-FMR 测量中与频率相关的伪影

• 发表时间: 2022
• 作者: 洞口泰輔;山野井一人;松尾衛;能崎幸雄
• 通讯作者: 能崎幸雄