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

用于高效自旋轨道扭矩的反铁磁耦合金属超晶格的制造

基本信息

批准号：
18H03831
负责人：
高梨弘毅
金额：
$ 28.54万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18H03831/
关键词：
スピントロニクス金属人工格子スピン軌道相互作用

项目摘要

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。

抗铁磁铁对外部干扰具有抵抗力，并吸引了Spintronics领域的注意力，作为适合高度集成设备的材料。一种抗铁磁金属晶格，其中相邻的铁磁层是通过非磁性中间层耦合的抗铁磁层，是一种模型材料，可以人为地控制抗铁磁剂的偶联周期和强度。这项研究旨在创建一种抗磁耦合金属人造晶格，其中带有非磁性中间层的自旋轨道扭矩最有效地在铁磁层上作用。在2018财年，我们从研究项目开始，例如（1）探索材料，这些材料结合了强大的抗铁磁耦合和大型自旋轨道扭矩，以及（2）阐明界面与自旋轨道扭矩在界面处的旋转轨道相互作用的作用。使用超高真空兼容的溅射装置制造薄膜样品，并使用反射性高速电子束衍射和原子力显微镜检查表面形态，并通过X射线衍射鉴定出周期性结构和晶体结构。此外，使用振动样品磁力计和鱿鱼磁力计评估磁性特性，并计算抗铁磁耦合的强度和界面磁各向异性。关于（1），我们研究了CO/CU/CO的外延薄膜，并确认可以通过层间交换耦合形成抗磁性磁性结构。此外，揭示了将IR添加到CU中间层时磁性特性的变化。关于（2），制备了样品，其中根据PT/CO/PD的三层结构系统地更改了膜厚度，并检查了其磁性。我们成功地开发了界面磁各向异性和诱导磁矩的膜厚度依赖性，并讨论了CO/PT接口的作用，这是良好的CO/PD接口。