Fabrication of Antiferromagnetically-coupled metallic superlattices for highly efficient spin orbit torque

反強磁性体は外的擾乱に強く、デバイスの高集積化に適した材料として、スピントロニクス分野で注目を集めている。非磁性中間層を介して隣り合う強磁性層が反強磁性的に結合した金属人工格子は、反強磁性の周期や結合の強さを人工的に制御できるモデル物質となる。本研究では、非磁性中間層をスピン流源とするスピン軌道トルクが最も効率的に強磁性層に作用する反強磁性結合金属人工格子の創製を行うことを目的とした。平成30年度は、(1)強い反強磁性結合と大きなスピン軌道トルクを両立させる物質の探索、および(2)スピン軌道トルクに対する界面でのスピン軌道相互作用の役割の解明、という研究項目から着手した。薄膜試料の作製には、超高真空対応スパッタ装置を用い、反射高速電子線回折および原子間力顕微鏡を用いて表面形態を調べ、X線回折法により周期構造と結晶構造を同定した。また、振動試料型磁力計とSQUID磁束計を用いて磁気特性を評価し、反強磁性結合の強さや界面磁気異方性を算出した。(1)についてはCo/Cu/Coのエピタキシャル薄膜を研究対象とし、層間交換結合により反強磁性的な磁気構造が形成できることを確認した。また、Cu中間層にIrを添加したときの磁気特性の変化を明らかにした。(2)については、Pt/Co/Pdの三層構造を基本として各々の膜厚を系統的に変化させた試料を作製し、それらの磁気特性を調べた。界面磁気異方性や誘導磁気モーメントの膜厚依存性を明らかにし、Co/Pt界面およいCo/Pd界面それぞれの役割を議論することに成功した。

反強磁性体は外的擾乱に強く、デバイスの高集積化に適した材料として、スピントロニクス分野で注目を集めている。非磁性中間層を介して隣り合う強磁性層が反強磁性的に結合した金属人工格子は、反強磁性の周期や結合の強さを人工的に制御できるモデル物質となる。本研究では、非磁性中間層をスピン流源とするスピン軌道トルクが最も効率的に強磁性層に作用する反強磁性結合金属人工格子の創製を行うことを目的とした。平成30年度は、(1)強い反強磁性結合と大きなスピン軌道トルクを両立させる物質の探索、および(2)スピン軌道トルクに対する界面でのスピン軌道相互作用の役割の解明、という研究項目から着手した。薄膜試料の作製には、超高真空対応スパッタ装置を用い、反射高速電子線回折および原子間力顕微鏡を用いて表面形態を調べ、X線回折法により周期構造と結晶構造を同定した。また、振動試料型磁力計とSQUID磁束計を用いて磁気特性を評価し、反強磁性結合の強さや界面磁気異方性を算出した。(1)についてはCo/Cu/Coのエピタキシャル薄膜を研究対象とし、層間交換結合により反強磁性的な磁気構造が形成できることを確認した。また、Cu中間層にIrを添加したときの磁気特性の変化を明らかにした。(2)については、Pt/Co/Pdの三層構造を基本として各々の膜厚を系統的に変化させた試料を作製し、それらの磁気特性を調べた。界面磁気異方性や誘導磁気モーメントの膜厚依存性を明らかにし、Co/Pt界面およいCo/Pd界面それぞれの役割を議論することに成功した。